WO2018055132A1 - Flow plate for a humidifier - Google Patents

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WO2018055132A1
WO2018055132A1 PCT/EP2017/074126 EP2017074126W WO2018055132A1 WO 2018055132 A1 WO2018055132 A1 WO 2018055132A1 EP 2017074126 W EP2017074126 W EP 2017074126W WO 2018055132 A1 WO2018055132 A1 WO 2018055132A1
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flow
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gas
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PCT/EP2017/074126
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Rainer Glück
André SPEIDEL
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Reinz-Dichtungs-Gmbh
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Definitions

  • the present application relates to a flow plate for a humidifier, which is preferably for humidifying process gas, and to a humidifier with such a flow plate, for example in electrochemical systems.
  • the electrochemical systems mentioned can be, for example, a fuel cell system, an electrochemical compressor, an electrolyzer or the like.
  • humidifiers are used for the treatment of air in the field of building services and air management in vehicles, d. H. in an area which is summarized under the English term "heating, ventilation and air conditioning” (HVAC), ie heating, ventilation and air conditioning.
  • HVAC heating, ventilation and air conditioning
  • Such humidifiers are used, for example, for humidifying process gas for fuel cells, which are operated with molecular hydrogen and / or oxygen or air for power generation.
  • the for the Operation of such fuel cell usually used proton exchange membranes need to increase the durability and improve the efficiency of stable conditions as possible with respect to the temperature and humidity.
  • the process gases supplied to the fuel cell are usually set to a desired stable degree of humidification in a humidifier.
  • Such a humidifier has flow plates, which are usually provided on their flat sides with flow fields for guiding a gas. The flow fields can z.
  • B. Channel structures, wherein the channels to a water transfer medium, typically in the form of a water-permeable
  • Membrane or in the form of a membrane composite with a water-permeable membrane, adjacent.
  • Such an arrangement usually provides a plurality of stacked flow plates, between each of which water transfer membranes or
  • Membrane networks are arranged with water transfer membranes.
  • a membrane composite typically comprises at least one gas diffusion layer or GDL as support medium.
  • GDL gas diffusion layer
  • a GDL can be arranged on each side of the transfer membrane.
  • the GDL may be formed, for example, as a non-woven fabric, as a fabric or scrim.
  • An important feature of the membranes is that they are gas impermeable, but allow the exchange of moisture between the water transfer membrane and the surrounding gas. It can be provided, for example, that in each case on one side of a
  • the water transfer membrane causes a substantial part of the cost in the manufacture of the described humidifiers, so that it is usually desired to minimize the area of the water transfer membranes and thus also the area of the flow plates.
  • Guiding the gas through the flow fields of the flow plates is therefore of crucial importance, because a predetermined degree of humidity of the gas should be reliably adjusted by transfer of moisture across the membrane on the smallest possible exchange surface.
  • the present innovation is based on the background of the prior art, the task of creating flow plates for a humidifier, which allow in a more efficient manner, the exchange of moisture over a water transfer membrane.
  • the flow plate for a humidifier, in particular for a humidifier for humidifying process gas for an electrochemical system or for a humidifier for HVAC applications.
  • the flow plate has flow fields for guiding a fluid, in particular for guiding a gas along the flow plate.
  • the flow fields can z. B. have channel structures.
  • a multiplicity of passage openings are formed in the flow plate, in such a way that a vertical projection of the passage openings is formed. gene on a plane parallel to the plane plane of the flow plate aligned plane has a non-vanishing surface.
  • the through openings may be formed in a portion of the flow plate that includes an angle of less than 90 degrees and preferably more than 0 degrees with the plane surface plane of the flow plate.
  • the gas passing through the passage openings from the first flow field into the second flow field on the opposite flat side can cause a mixing of the gas carried in the flow fields perpendicular to the plane of the plane of the flow plate.
  • This in particular promotes the formation of a homogeneous moisture distribution within the guided in the flow fields along the flow plate gas perpendicular to the plane plane of the flow plate and avoids that the water exchange takes place only between the membrannahen plane. In this way, the rate of water transfer across an adjacent membrane can be maximized.
  • the surfaces of each arranged between adjacent flow plates membranes and thus the cost of producing the humidifier can be significantly reduced.
  • the flow plate thus preferably does not serve to separate different media in the region of the flow fields. Rather, because of the ports on both sides of the flow plate, it is common for the same medium to flow therethrough; to moistened and moistened in the course of progressing gas or humid and then gas lower moisture content. This can also be called a monopolar structure; The separation of the gas systems takes place here only via the water transfer membranes.
  • the plane surface plane z. B. be defined by an edge of the flow plate or by at least three points not lying on a straight line on the edge of the flow plate. Likewise, it is conceivable to define, as plane surface plane of the flow plate, that plane for which a distance integral assumes a minimum value, wherein the distance integral for a given plane is equal to the distance between the flow plate and that plane integrated over the surface of the flow plate. In a variety of stacked flow plates, z. B. in a humidifier, the plane surfaces of the flow plates are usually aligned perpendicular to the stacking direction.
  • the flow plate may be formed of metal, preferably stainless steel.
  • it may be formed as a metal sheet having a thickness of at most 150 ⁇ m, preferably at most 100 ⁇ m, particularly preferably at most 80 ⁇ m, at a thickness determined at right angles to its plane plane.
  • Metal has a favorable low coefficient of thermal expansion, which can be minimized when temperature fluctuations in the operation of the humidifier occurring mechanical stresses. In particular, this can improve the longevity of the water transfer membranes of the humidifier.
  • the flow plate is formed in one layer. This reduces the weight of the humidifier and the material costs involved in its manufacture.
  • the flow plate may also be completely or at least partially coated, for. B. by a hydrophilic or a hydrophobic coating.
  • the flow plate may further comprise guide structures which are arranged and configured such that they guide gas flowing in the region of the flow fields along a flat side of the flow plate through the passage openings to the flow field or into the flow field on the respectively opposite flat side of the flow plate.
  • guide structures which are arranged and configured such that they guide gas flowing in the region of the flow fields along a flat side of the flow plate through the passage openings to the flow field or into the flow field on the respectively opposite flat side of the flow plate.
  • the flow plate and the guide structures can in particular be integrally formed, that is formed from one piece. This can greatly simplify the manufacture of the plate and reduce the manufacturing costs.
  • the lead structures may be molded into the flow plate, e.g. B. by embossing or by deep drawing.
  • the lead structures may be arranged and configured to abut close the passage openings.
  • the guide structures can flow the gas flowing along the surface of the flow plate particularly efficiently through the passage openings to the opposite surface of the plate.
  • the guide structures or at least some of the guide structures are spaced from the passage openings.
  • the guide structures in this case may be arranged and configured such that they at least partially block the flow of the gas.
  • the through holes or at least some of the through holes may be punched in the flow plate.
  • the passage openings or at least some of the passage openings are formed by cuts in the flow plate, in particular by non-cutting cuts, for example by a line-shaped incision, which is opened either when cutting or subsequently.
  • tongue-like, web-like, at least partially dome-shaped or half-shell-like guide structures can be formed in the flow plate.
  • these can then be bent out of the plane plane of the flow plate at least in some regions or project from the flow plate.
  • the guide structures or at least some of them can also be designed as webs.
  • the passage openings can then be given for example by open side edges of these webs.
  • the guide structures with the planar surface plane of the flow plate can each at least partially include an angle of at least 45 degrees, preferably of at least 75 degrees, particularly preferably of at least 80 degrees.
  • H of the conductive structures determined perpendicular to the plane of the plane of the flow plate the following applies: 0.5-D ⁇ H ⁇ 10-D, preferably 2-D ⁇ H ⁇ 5-D, where D is the thickness of the flow plate, e.g. B. whose sheet thickness.
  • the conductive structures can be attached to their plate facing away from the ends at least partially aligned parallel to the plane surface plane of the flow plate and / or be bent towards the flow plate. So z. B. damage to the membrane or the membrane composite can be avoided by the lead structures.
  • the flow plate may have guide structures on both flat sides of the flow plate.
  • the flow plate may include first conductive patterns and second conductive patterns, the first conductive patterns protruding from the flow plate at the first flat side and the second conductive patterns protruding from the flow plate at the second flat side opposite the first flat side.
  • the first conductive structures may then direct the gas from the first flat side through the through holes to the second flat side, and the second conductive patterns may guide the gas from the second flat side through the through holes to the first flat side.
  • the mixing of the gas can be further promoted. Usually this improves the flow behavior and mixing of the gas.
  • the passage openings and / or the lead structures may be in periodic
  • the passage openings and / or the guide structures may be arranged parallel to the plane plane of the flow plate along a first direction and along a second direction at periodic intervals to each other.
  • a first distance of adjacent passage openings and / or adjacent guide structures determined along the first direction can then be different from a second distance of adjacent passage openings and / or adjacent guide structures determined along the second direction.
  • the first direction and the second direction may be perpendicular to each other, but may also include an angle of less than 90 degrees.
  • the first guide structures projecting from the first flat side of the flow plate and the second guide structures protruding from the second flat side of the flow plate may be arranged alternately along the first direction and / or along the second direction.
  • the guide structures may be formed such that a certain parallel to the plane surface plane of the flow plate cross section of the guide structures is perpendicular to the plane plane of the flow plate in each case variable. So z.
  • gas flowing past the guide structures can be deflected at least partially transversely to the planar surface plane of the flow plate.
  • the flow plate may further comprise passage openings, wherein the passage openings in fluid communication with the flow fields.
  • the passage openings are usually arranged in the edge regions of the flow plate, in particular in the corner regions.
  • Humidifier cells are supplied with gas to be humidified or with gas to be dehumidified. Likewise, dehumidified or humidified gas can be removed from the humidifier cells via these lines.
  • the ports are thus usually in fluid communication with gas ports on an outside of the humidifier, e.g. On at least one of its end plates.
  • a cross section of a single passage opening is usually larger by a multiple than a cross section of the individual passage openings, for. At least tenfold or at least twentyfold.
  • the flow plate may further comprise sealing arrangements, for. B. in the form of molded in the flow plate beads.
  • the sealing arrangements may be arranged around the flow fields and / or around the passage openings and enclose them.
  • the sealing arrangements or the beads can have openings.
  • gas can then be passed through the sealing arrangements from the passage openings into the flow fields or from the flow fields to the passage openings via these openings.
  • seals up or attach in the form of elastomeric elements is also proposed.
  • a humidifier in particular for humidifying process gas for an electrochemical system or for HVAC applications.
  • the humidifier has a plurality of stacked flow plates of the type previously described. Such a humidifier is characterized by great compactness and low production costs by a particularly high efficiency.
  • each a water exchange membrane or a membrane composite is arranged between adjacent flow plates of the stack.
  • the membrane composite can have, in addition to the water exchange membrane as the support medium, at least one gas diffusion layer, preferably two gas diffusion layers, which are arranged on both sides of the water exchange membrane.
  • Figure 1 shows a humidifier with a variety of stacked
  • FIG. 2 shows an electrochemical system with the humidifier according to FIG. 1
  • Figure 3 shows known from the prior art flow plates for a humidifier and arranged between the flow plates membrane composite.
  • FIG. 4 shows an embodiment of a flow plate for a humidifier according to the invention
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a flow plate for a humidifier according to the invention
  • FIGS. 6a is a sectional view of the flow plate of Figure 4;
  • FIGS. 6b are a sectional view of the flow plate of Figure 4;
  • FIG. 6c are sectional views of the flow plate according to FIG. 5;
  • FIG. 7 shows a section of a further embodiment of a flow plate for a humidifier according to the invention.
  • FIG. 8 shows a further embodiment of a flow plate for a humidifier according to the invention.
  • Figure 9 is a schematic representation of the monopolar Mauba
  • FIG. 1 shows a perspective view of a block-shaped humidifier 1 with humidifier cells 3 stacked in the stacking direction 2, each containing at least one flow plate and a water exchange membrane, wherein the humidifier cells are interconnected by passage openings aligned in the stacking direction 2 which lead into gas connections 4 leading outwards , 5, 6, 7 lead.
  • the gas connections 4, 5, 6, 7 pass through one of the end plates 8, 9 of the humidifier 1.
  • the gas inlets are provided with the reference numerals 4 and 5 and the gas outlets with the reference numerals 6 and 7.
  • the corresponding gas flow directions are designated A, B, C, D.
  • the individual humidifier cells 3 stacked in the humidifier 1 each have the same external dimensions, so that stacking produces a cuboid with flat side surfaces.
  • FIG. 2 schematically shows an electrochemical system 10 with a compressor 11, a humidifier 1 and a fuel cell stack 12, which for example has a large number of hydrogen / oxygen fuel cells.
  • a dry, to be humidified process gas is supplied, for.
  • molecular hydrogen or molecular oxygen or air is supplied, for.
  • the process gas moistened in the humidifier 1 is then connected to the fuel cell via a first outlet 6 of the humidifier 1.
  • cell stack 12 delivered.
  • the chemical energy of different process gases is converted by means of a plurality of membrane electrode units into electrical energy.
  • the exhaust air with the resulting in the reaction of the process gases in the fuel cell stack 12 water is supplied to the humidifier 1 via a second input 4, where it serves for wetting the dry process gas, which is the humidifier 1 via the first input 5, through a water exchange membrane ,
  • the dehumidified gas is discharged via a second outlet 7 of the humidifier 1, for example, to the environment.
  • Figure 2 shows a perspective view of a known from the prior art humidifier cell 3, to which in the case described two flow plates 13, 14 and disposed therebetween water exchange membrane 15 and two supporting the water exchange membrane 15 on both sides support media 16, 17 in the form of Nonwoven fabrics belong.
  • the edge regions of the water exchange membrane 15 and the support media 16, 17 are not shown in the illustration.
  • the flow plates 13, 14 each have channels on at least one of their sides, which are separated from one another by webs 14a, 14b.
  • the respective adjacent channels from each other separating webs 14 a, 14 b can be connected to the
  • Support media 16, 17 abut, so that each enclosed on all sides channels for the flow of a gas to the flow plate within the
  • Humidifier 3 arise. Gas is supplied to the individual flow plates via the passage openings 18, 19, which gas can be removed again via further passage openings 20 after passing through the respective flow plate.
  • Each flow plate 13, 14 has for this purpose in the example shown on four passage openings, of which two opposing each flat side of the flow plate are assigned. The two other passage openings are each assigned to the opposite flat side and the channels extending there, which are not visible in FIG.
  • the flow plates 13, 14 are in the assembly of a Humidifier stacked so that the passage openings 18, 19 are aligned with each other and form a conduit for supplying gas to all flow plates. On the respective opposite side, a further line for the discharge of gas from the flow plates 13, 14 is formed by the aligned passage openings.
  • This can lead to a stationary moisture gradient being set up along the stacking direction 2, that is to say perpendicular to the planar surface planes of the flow plates 13, 14, in such a way that the degree of moisture on the moist side of the humidifier cell 3 decreases towards the water exchange membrane 15 and the moisture level on the dry side of the humidifier cell 3 increases towards the water exchange membrane 15.
  • Figure 4 shows a plan view of a first flat side 21 of a single-layer flow plate 22 according to the invention with passage openings 23, 24, 25, 26.
  • the flow plate 22 is a stainless steel sheet having a sheet thickness of z. B. less than 100 ⁇ trained.
  • the flow plate 22 is part of the plate stack of the humidifier 1 of Figure 1.
  • the passage openings 23, 24, 25, 26 are respectively sealed by sealing beads 30, 31, 32, 33 to the outside and to the interior of the humidifier 1.
  • the flow field 28 is further circulated by a sealing bead 54 which seals the flow field 28 to the outside and to the passage openings 23, 24, 25, 26, wherein the beads are only indicated here.
  • the sealing beads 30, 31, 32, 33 merge into the sealing bead 54.
  • the passage opening 25 is in fluid communication with the
  • Input 5 via the dry gas from the compressor 11 into the humidifier 1 is initiated.
  • the passage opening 23 is in fluid communication with the outlet 6 of the humidifier 1 (see FIGS. 1 and 2), via which humidified gas is discharged from the humidifier 1 and supplied to the fuel cell stack 12.
  • the passage opening 26 is in fluid communication with the inlet 4, is introduced via the water vapor from the fuel cell stack 12 in the humidifier 1.
  • the passage opening 24 is in fluid communication with the outlet 7, is discharged through the dehumidified water vapor from the humidifier 1 to the environment.
  • a second flat side 27 on the side facing away from the viewer back of the flow plate 22 is hidden in Figure 4.
  • a first flow field 28 is arranged on the first flat side 21.
  • the passage openings 23, 25 are in fluid communication with the first flow field 28 via apertures 34, 35 in the bead assemblies 30, 32.
  • a second flow field 29 is arranged between the same passage openings 23 and 25 on the second flat side 27, which is likewise concealed in FIG.
  • This second flow field 29 is also in fluid communication with the passage openings 23, 25.
  • dry gas to be humidified which is supplied to the flow plate 22 via the passage opening 25, flows through the flow fields 28, 29 on either side of the flow plate 22 to the passage opening 23.
  • Flow plates of the humidifier 1 which are arranged to guide wet gas, may be formed corresponding to the flow plate 22. However, unlike the flow plate 22 shown in Figure 4, the wet gas passageways are then in fluid communication with the flow fields on the flat sides of the flow plate while the dry gas passageways are not in fluid communication with the flow fields.
  • flow plates of the type of the flow plate 22 for guiding dry gas and flow plates for guiding wet gas are alternately arranged.
  • the flow fields 28, 29 on the two flat sides 21, 27 of the flow plate 22 by a plurality of through holes 40 in fluid communication with each other.
  • gas flowing along the flat sides 21, 27 can continuously flow over from the first flow field 28 into the second flow field 29 and from the second flow field 29 into the first flow field 28 on its way from the passage opening 25 to the passage opening 23 through the passage openings 40.
  • the passage openings 40 are formed in such a way that a vertical projection of the passage openings 40 on the planar surface plane of the flow plate 22, which is aligned parallel to the plane of the drawing in FIG. 4, each has a non-vanishing surface.
  • the projections of the through holes 40 on the plane plane of the flow plate 22 each have an area of at least 0.2 mm 2 or at least 0.5 mm 2 . But they can also be significantly larger, for example between 1 mm 2 and 3.5 mm 2 .
  • the gas flowing in the flow fields 28, 29 has a velocity component perpendicular to the planar surface plane of the flow plate 22 when passing through the through-openings 40, ie along the stacking direction 2 (see FIGS. 1 and 3), so that a Mixing of the gas and carried by the gas and absorbed in the flow fields 28, 29 moisture perpendicular to the plane plane of the flow plate 22 takes place. As described above, this mixing causes an increase in the water transfer rate and the efficiency of the
  • the passage openings 40 are z. B. punched in the flow plate 22 or punched out of these. It is also conceivable that the passage openings 40 gene by non-cutting, ie linear cutting of the flow plate 22 and by subsequent deformation of the flow plate 22 are formed in the region of the incisions.
  • the flow plate 22 on the first flat side 21 in the region of the first flow field 28 has a multiplicity of first guide structures 41 a and on the second flat side 27 in the region of the second flow field 29, a plurality of second conductive patterns 41b.
  • the guide structures 41a, 41b are each formed by deformations in areas of the flow plate 22 adjacent to the passage opening.
  • the guide structures 41a, 41b form in each case section-like dome-shaped, spherical or shell-half-shaped elevations which protrude from the flat sides 21, 27 of the flow plate 22 on both sides of the flow plate 22.
  • the first conductive patterns 41a project from the first flat side 21 facing the viewer, and the second conductive patterns 41b protrude from the second flat side 27 facing away from the observer.
  • the guide structures 41a, 41b are each spaced at least 1.5 times the sheet thickness from the flat sides 21, 27.
  • the guide structures 41a, 41b have an approximately circular cross-section parallel to the plane of the plane of the flow plate 22, which increases as the plane of the plane of the flow plate 22 increases Distance from the plane of the plane changed, especially tapered.
  • the gas flowing along the flat sides 21, 27 is additionally impressed with a velocity component perpendicular to the planar surface plane of the flow plate 22, which additionally promotes the mixing of the gas in this direction.
  • Structures of the flow plate 22, such as the ports 23, 25, are not necessarily drawn to scale. In practice, they will be smaller. The size in the presentation was chosen for ease of understanding. Relative to one another, the passage openings 40 and the guide structures 41a, 41b are shown to scale.
  • the through-openings 40 and the guide structures 41a, 41b are arranged in a lattice-like manner at regular intervals along two mutually perpendicular directions 42, 43, which are respectively aligned parallel to the straight outer edges of the rectangular flow plate 22.
  • the distances between adjacent passage openings 40 and guide structures 41a, 41b are identical in both directions 42, 43. In alternative embodiments, the distances in both directions 42, 43 may also be different.
  • the lattice-shaped arrangement of the through openings 40 and the guide structures 41a, 41b further Symmetrieraumen 44, 45, which in each case with the aforementioned directions 42, 43 an angle of approximately
  • the through holes 40 and the conductive patterns 41a, 41b are arranged at regular intervals.
  • the first guide structures 41a and the second guide structures 41b are arranged alternately along the directions 44, 45 which are inclined to the outer edges of the flow plates. This arrangement can contribute to the fact that the gas which changes between the flow fields 28, 29 flows from the first flow field 28 into the second flow field 29 in approximately the same extent as in the opposite direction. In this way it can be avoided that local pressure differences build up which could adversely affect the flow behavior and the mixing of the gas.
  • passage openings 40 along the direction 42 or approximately along the flow direction of the gas from the gas inlet serving as the passage opening 25 serving as a gas outlet
  • Passage opening 23 are respectively disposed at opposite ends of the first conductive patterns 41a and the second conductive patterns 41b.
  • the passage openings 40 along the direction 42 respectively form that end of the first guide structures 41a, which faces the passage opening 25 serving as a gas inlet.
  • the passage openings 40 along the direction 42 respectively form that end of the second guide structures 41b, which faces the passage opening 23 serving as a gas outlet.
  • the through-openings 40 could also adjoin the end of the first guide structures 41a and the second guide structures 41b, that as the gas outlet serving passage opening 23 faces (see Figure 7).
  • the through-openings 40 make visible a fluid connection between the first flow field 28 on the first flat side 21 and the second flow field 29 on the second flat side 27 forth.
  • the first conductive patterns 41a protrude from the first flat side 21, approximately three times the sheet thickness.
  • the gas flowing from the first flow field 28 on the first flat side 21 into the second flow field 29 on the second flat side 29 will pass through the passage openings 40 adjacent to the first conductive patterns 41a Impacted velocity component, which is aligned perpendicular to the plane plane of the flow plate 22.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a flow plate 47 according to the invention. Sections through the flow plate 47 along the sectional lines C-C and D-D shown in FIG. 5 are shown in FIGS. 6b and 6c, wherein the sectional plane is oriented perpendicular to the plane of plan plane of the flow plate 47.
  • the flow plate 47 of Figure 5 differs from the flow plate 22 of Figure 4 by a partially different type of flow fields 28, 29 on the flat sides 21, 27.
  • the flow plate 22 in approximately circular through holes 40 and the dome-like or shell-shaped half
  • Lead structures 41a, 41b, the flow plate 47 additionally elongated, on the rounded end openings 48 and to the through holes 48 adjacent lead structures 49.
  • the flow fields 28, 29 on the opposite flat sides 21, 27 of the flow plate 47 are in fluid communication with each other.
  • a projection of the through holes 48 on the plane plane of the flow plate 47 has a non-vanishing surface.
  • the plane plane of the flow plate 47 is aligned parallel to the plane of the drawing. Depending on a longitudinal extent of the through openings 48, this surface z. At least 1 mm 2 , at least 2 mm 2 or at least 3 mm 2 . For very wide through holes 48, this area may well be more than 10 mm 2 or even more than 20 mm 2 . Typical widths are in the range of 0.5 mm to 2.5 mm, but smaller or larger widths, about 0.5 mm or, for example, 3.5 mm are also possible.
  • the through-holes 48 may be punched or punched out of the metal sheet from which the flow plate 47 is formed.
  • the passage openings 48 may be formed by cuts, in particular non-cutting cuts, in the flow plate 47. For example, they form one piece with the flow plate
  • the conductive structures 49 webs with an open side edge along one longitudinal side.
  • the conductive structures 49 are offset from the first flat side 21 by at least three sheet thicknesses.
  • the passage openings 48 and the webs forming the guide structures 49 extend into
  • the z. B at least 15 percent, at least 30 percent or at least 70 percent of a length of the shorter longitudinal side of the rectangular flow plate 47 is.
  • These webs may in turn have a convex curvature at least in sections with respect to the flat side 21, so that the guide structures 49 impart a velocity component perpendicular to the plane of the plane of the flow plate 47 to the gas as it flows through the through-openings 48.
  • the passage openings 48 and the guide structures 49 are aligned approximately transversely to the flow direction of the gas, which in the operation of the humidifier 1 from the serving as a gas inlet passage opening 25 along the flat sides 21, 27 through the flow fields 28, 29 to serve as a gas outlet passage opening 23 flows.
  • the elongated passage openings 48 and the elongate guide structures 49 are aligned approximately transversely to the shortest straight line connecting the passage opening 25 and the passage opening 23.
  • the size of the angle depends on whether a through opening 48 or guide structure 49 is arranged parallel to an outer edge or obliquely to both outer edges of the flow plate and of the outer geometry of the flow plate.
  • the gas flowing from the passage opening 25 to the passage opening 23 can be directed particularly efficiently from the first flow field 28 on the first flat side 21 into the second flow field 29 on the second flat side, or vice versa.
  • the flow plate has closed guide structures 50, each of which protrudes like a dome or sphere from the second flat side 27 of the flow plate, z. B. at least three times the sheet thickness.
  • the guide structures 50 Parallel to the planar surface plane of the flow plate 47, the guide structures 50 have a round cross-section, which decreases with increasing distance from the plane of the plane.
  • FIG. 7 shows a section of a flow plate 51, which is a slightly modified variant of the flow plate 22 from FIG.
  • the flow fields 28, 29 of the flow plate 51 of FIG. 7 differ from the flow fields 28, 29 of the flow plate 22 of FIG. 4 in that the passage openings 40 each adjoin those ends of the guide structures 41a, 41b which face the passage opening 23 serving as the gas outlet are (not shown).
  • FIG. 7 also shows a
  • Sectional view of the flow plate 51 along the section line AA wherein the sectional plane is again aligned perpendicular to the plane plane of the flow plate 51, which is parallel to the drawing plane as before.
  • the passage openings 40 and the guide structures 41a, 41b are arranged periodically along the directions 42, 45.
  • the distances of immediately adjacent through holes 40 and Immediately adjacent guide structures 41a, 41b are larger along the direction 42 than along the direction 45.
  • FIG. 8 shows a flow plate 52, which is a further modification of the flow plate 22 of FIG.
  • the flow plate 52 from FIG. 8 differs from the flow plate 22 according to FIG. 4 in that the flow fields 28, 29 have channel structures 53 on the flat sides 21, 27 next to the through openings 40 and the guide structures 41a, 41b.
  • the channel structures 53 are formed in the metal sheet from which the flow plate 52 is formed, for. B. by embossing or by deep drawing.
  • the channel structures 53 are configured to conduct gas from the gas inlet serving as a gas inlet passage opening 25 to serve as a gas outlet passage opening 23 through the flow fields 28, 29.
  • some conductive patterns 41a '41b' are rotated by 90 ° relative to the remaining conductive patterns 41a, 41b, as are the through holes 40 'disposed in the region of these conductive patterns 41a', 41b 'at 90 ° to the remaining through holes 40 are.
  • the gas streams can be directed to or from the outer regions of the flow fields 28, 29. It would also be possible to arrange different passage openings and guide structures at many different angles relative to each other in order to achieve optimum flow and mixing of the gas streams.
  • FIG. 9 shows a monopolar structure of a humidifier module or of a section of a humidifier having two different flow plates 13, 14.
  • the flow plates 13 are arranged between two flow spaces of moist gas ("W"), the flow plates 14 between two flow spaces of drier gas (“D").
  • the flow plates 13, 14 each have passages, so that the two adjacent flow spaces are not completely separated from each other.

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Abstract

The invention relates to a flow plate (22; 47; 52) for a humidifier (1), having flow fields (28, 29) on both mutually opposite flat sides (21, 27) of the flow plate (22; 47; 52). Humidifiers of this kind are used in particular for humidifying process gas for an electrochemical system or in HVAC applications. Conventional humidifiers have lower power since an exchange of humidity usually takes place only between the layers immediately adjacent to the water exchange membranes. The flow plate proposed here has a multiplicity of through-openings (40, 48), wherein the through-openings (40, 48) are designed such that a perpendicular projection of the through-openings (40, 48) onto a plane oriented parallel to the plane of the flat surface of the flow plate (22; 47; 52) has a non-vanishing area, so that gas passing through the through-openings (40, 48) effects, at least in part, mixing of gas guided in the flow fields (28, 29) perpendicular to the plane of the flat surface of the flow plate (22; 47; 52). The through-openings (40, 48) improve the power of the humidifier, thus permitting a lower number of flow plates and therefore a more lightweight and more compact design.

Description

Strömungsplatte für einen Befeuchter  Flow plate for a humidifier
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf eine Strömungsplatte für einen Befeuchter, der vorzugsweise zur Befeuchtung von Prozessgas dient, sowie auf einen Befeuchter mit einer solchen Strömungsplatte, beispielsweise in elektrochemischen Systemen. Bei den genannten elektrochemischen Systemen kann es sich beispielsweise um ein Brennstoffzellensystem, einen elektrochemischen Kompressor, einen Elektrolyseur oder Ähnliches handeln. Neben Anwendungen im Bereich elektrochemischer Systeme sind Befeuchter einsetzbar für die Aufbereitung von Luft im Bereich der Gebäudetechnik und des Luftmanagements in Fahrzeugen, d. h. in einem Bereich, der unter dem englischen Begriff "heating, Ventilation and air conditioning" (HVAC), also Heizung, Belüftung und Klimatisierung, zusammengefasst wird. The present application relates to a flow plate for a humidifier, which is preferably for humidifying process gas, and to a humidifier with such a flow plate, for example in electrochemical systems. The electrochemical systems mentioned can be, for example, a fuel cell system, an electrochemical compressor, an electrolyzer or the like. In addition to applications in the field of electrochemical systems humidifiers are used for the treatment of air in the field of building services and air management in vehicles, d. H. in an area which is summarized under the English term "heating, ventilation and air conditioning" (HVAC), ie heating, ventilation and air conditioning.
Derartige Befeuchter werden beispielsweise für das Befeuchten von Prozessgas für Brennstoffzellen eingesetzt, die mit molekularem Wasserstoff und/ oder Sauerstoff bzw. Luft zur Stromerzeugung betrieben werden. Die für den Betrieb solcher Brennstoffzellen üblicherweise verwendeten Protonenaus- tauschmembranen benötigen zur Steigerung der Haltbarkeit und zur Verbesserung des Wirkungsgrades möglichst stabile Verhältnisse in Bezug auf die Temperatur und die Feuchtigkeit. Die der Brennstoffzelle zugeführten Pro- zessgase werden aus diesem Grund üblicherweise in einem Befeuchter auf einen gewünschten stabilen Befeuchtungsgrad eingestellt. Ein solcher Befeuchter weist Strömungsplatten auf, die an ihren Flachseiten üblicherweise mit Strömungsfeldern zum Führen eines Gases versehen sind. Die Strömungsfelder können z. B. Kanalstrukturen aufweisen, wobei die Kanäle an ein Wassertransfermedium, typischerweise in Form einer wasserdurchlässigenSuch humidifiers are used, for example, for humidifying process gas for fuel cells, which are operated with molecular hydrogen and / or oxygen or air for power generation. The for the Operation of such fuel cell usually used proton exchange membranes need to increase the durability and improve the efficiency of stable conditions as possible with respect to the temperature and humidity. For this reason, the process gases supplied to the fuel cell are usually set to a desired stable degree of humidification in a humidifier. Such a humidifier has flow plates, which are usually provided on their flat sides with flow fields for guiding a gas. The flow fields can z. B. Channel structures, wherein the channels to a water transfer medium, typically in the form of a water-permeable
Membran oder in Form eines Membranverbundes mit einer wasserdurchlässigen Membran, angrenzen. Membrane or in the form of a membrane composite with a water-permeable membrane, adjacent.
Eine derartige Anordnung sieht üblicherweise mehrere gestapelte Strö- mungsplatten vor, zwischen denen jeweils Wassertransfermembranen oderSuch an arrangement usually provides a plurality of stacked flow plates, between each of which water transfer membranes or
Membranverbünde mit Wassertransfermembranen angeordnet sind. Neben einer Wassertransfermembran umfasst ein Membranverbund typischerweise wenigstens eine Gasdiffusionslage oder GDL als Stützmedium. Z. B. kann beiderseits der Transfermembran je eine GDL angeordnet sein. Die GDL können beispielsweise als Faservlies, als Gewebe oder Gelege ausgebildet sein. Eine wichtige Eigenschaft der Membranen besteht darin, dass sie gasundurchlässig sind, jedoch den Austausch von Feuchtigkeit zwischen der Wassertransfermembran und dem sie umgebenden Gas erlauben. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass jeweils auf einer Seite einerMembrane networks are arranged with water transfer membranes. In addition to a water transfer membrane, a membrane composite typically comprises at least one gas diffusion layer or GDL as support medium. For example, a GDL can be arranged on each side of the transfer membrane. The GDL may be formed, for example, as a non-woven fabric, as a fabric or scrim. An important feature of the membranes is that they are gas impermeable, but allow the exchange of moisture between the water transfer membrane and the surrounding gas. It can be provided, for example, that in each case on one side of a
Wassertransfermembran oder eines Membranverbundes ein feuchteres Gas durch das Strömungsfeld einer benachbarten Strömungsplatte geführt wird und auf der gegenüberliegenden Seite der Wassertransfermembran ein Strömungsfeld einer zweiten Strömungsplatte von einem trockeneren Gas durch- strömt wird. In diesem Fall gibt das feuchtere Gas auf der einen Seite derWater Transfer Membrane or a membrane composite a wetter gas is passed through the flow field of an adjacent flow plate and on the opposite side of the water transfer membrane a flow field of a second flow plate is flowed through by a drier gas. In this case, the humid gas on one side of the
Wassertransfermembran oder des Membranverbundes Feuchtigkeit an die Membran ab, während auf der gegenüberliegenden Seite die Membran Feuchtigkeit an das trockenere Gas abgibt. Die beiderseits einer Wassertransfermembran angeordneten Strömungsfelder bilden zusammen mit der zwi- sehen ihnen angeordneten Wassertransfermembran bzw. mit dem zwischen ihnen angeordneten Membranverbund jeweils eine Befeuchterzelle. Die Wassertransfermembran verursacht bei der Herstellung der beschriebenen Befeuchter einen wesentlichen Teil der Kosten, so dass üblicherweise angestrebt wird, die Fläche der Wassertransfermembranen und damit jeden- falls auch die Fläche der Strömungsplatten zu minimieren. Der effizientenWater transfer membrane or membrane composite moisture to the membrane, while on the opposite side of the membrane releases moisture to the drier gas. The flow fields arranged on both sides of a water transfer membrane together with the water transfer membrane arranged between them or with the membrane composite arranged between them in each case form a humidification cell. The water transfer membrane causes a substantial part of the cost in the manufacture of the described humidifiers, so that it is usually desired to minimize the area of the water transfer membranes and thus also the area of the flow plates. The efficient one
Führung des Gases durch die Strömungsfelder der Strömungsplatten kommt deshalb eine entscheidende Bedeutung zu, weil auf einer möglichst kleinen Austauschfläche zuverlässig ein vorgegebener Feuchtigkeitsgrad des Gases durch Transfer von Feuchtigkeit über die Membran eingestellt werden soll. Guiding the gas through the flow fields of the flow plates is therefore of crucial importance, because a predetermined degree of humidity of the gas should be reliably adjusted by transfer of moisture across the membrane on the smallest possible exchange surface.
Aus dem Stand der Technik, beispielsweise der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 20 2014 006 480 Ul ist in diesem Zusammenhang eine Gestaltung der Kanäle innerhalb von Strömungsplatten eines Befeuchters bekannt, die einen günstigen Einfluss auf die Strömung des Gases ausübt und damit einen umfangreichen Feuchtigkeitsaustausch mit der Wassertransfermembran erlaubt. From the state of the art, for example the German utility model DE 20 2014 006 480 U1, a design of the channels within flow plates of a humidifier is known in this connection, which exerts a favorable influence on the flow of the gas and thus permits extensive moisture exchange with the water transfer membrane ,
Der vorliegenden Neuerung liegt vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, Strömungsplatten für einen Befeuchter zu schaffen, die auf möglichst noch effizientere Weise den Austausch von Feuchtigkeit über eine Wassertransfermembran ermöglichen. The present innovation is based on the background of the prior art, the task of creating flow plates for a humidifier, which allow in a more efficient manner, the exchange of moisture over a water transfer membrane.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Strömungsplatte für einen Befeuchter gemäß Anspruch 1 sowie durch einen Befeuchter gemäß Anspruch 24 mit ei- ner Vielzahl derartiger Strömungsplatten. Spezielle Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben. This object is achieved by a flow plate for a humidifier according to claim 1 and by a humidifier according to claim 24 with a variety of such flow plates. Specific embodiments are described in the subclaims.
Vorgeschlagen wird also eine Strömungsplatte für einen Befeuchter, insbesondere für einen Befeuchter zum Befeuchten von Prozessgas für ein elektro- chemisches System oder für einen Befeuchter für HVAC-Anwendungen. An ihren beiden einander gegenüberliegenden Flachseiten weist die Strömungsplatte Strömungsfelder zum Führen eines Fluids, insbesondere zum Führen eines Gases entlang der Strömungsplatte auf. Die Strömungsfelder können z. B. Kanalstrukturen aufweisen. Vorzugsweise im Bereich der Strömungsfelder sind in der Strömungsplatte eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen ausgebildet, und zwar derart, dass eine senkrechte Projektion der Durchgangsöffnun- gen auf eine parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte ausgerichtete Ebene eine nicht verschwindende Fläche hat. Z. B. können die Durchgangsöffnungen in einem Abschnitt der Strömungsplatte ausgebildet sein, der mit der Planflächenebene der Strömungsplatte einen Winkel von weniger als 90 Grad und vorzugsweise mehr als 0 Grad einschließt. Es ist jedoch auch möglich, dass ein solcher Abschnitt in der Planflächenebene der Strömungsplatte oder parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte verläuft. So proposed is a flow plate for a humidifier, in particular for a humidifier for humidifying process gas for an electrochemical system or for a humidifier for HVAC applications. At its two opposite flat sides, the flow plate has flow fields for guiding a fluid, in particular for guiding a gas along the flow plate. The flow fields can z. B. have channel structures. Preferably, in the region of the flow fields, a multiplicity of passage openings are formed in the flow plate, in such a way that a vertical projection of the passage openings is formed. gene on a plane parallel to the plane plane of the flow plate aligned plane has a non-vanishing surface. For example, the through openings may be formed in a portion of the flow plate that includes an angle of less than 90 degrees and preferably more than 0 degrees with the plane surface plane of the flow plate. However, it is also possible for such a section to run in the planar plane of the flow plate or parallel to the planar surface plane of the flow plate.
Auf diese Weise kann das durch die Durchgangsöffnungen von dem ersten Strömungsfeld in das zweite Strömungsfeld an der gegenüberliegenden Flachseite tretende Gas eine Durchmischung des in den Strömungsfeldern geführten Gases senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte hervorrufen. Dies fördert insbesondere die Ausbildung einer homogenen Feuchtigkeitsverteilung innerhalb des in den Strömungsfeldern entlang der Strömungsplatte geführten Gases senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte und vermeidet, dass der Wasseraustausch nur zwischen den membrannahen Ebene stattfindet. Auf diese Weise kann die Wassertransferrate über eine angrenzende Membran maximiert werden. So können die Flächen der jeweils zwischen benachbarten Strömungsplatten angeordneten Membranen und damit die Kosten zur Herstellung des Befeuchtersystems erheblich reduziert werden. In this way, the gas passing through the passage openings from the first flow field into the second flow field on the opposite flat side can cause a mixing of the gas carried in the flow fields perpendicular to the plane of the plane of the flow plate. This in particular promotes the formation of a homogeneous moisture distribution within the guided in the flow fields along the flow plate gas perpendicular to the plane plane of the flow plate and avoids that the water exchange takes place only between the membrannahen plane. In this way, the rate of water transfer across an adjacent membrane can be maximized. Thus, the surfaces of each arranged between adjacent flow plates membranes and thus the cost of producing the humidifier can be significantly reduced.
Die Strömungsplatte dient hier im Bereich der Strömungsfelder also vorzugsweise nicht der Separation verschiedener Medien. Vielmehr fließt hier wegen der Durchgangsöffnungen auf beiden Seiten der Strömungsplatte üblicherweise dasselbe Medium, d.h. zu befeuchtendes und im weiteren Verlauf befeuchtetes Gas oder feuchtes und im weiteren Verlauf Gasgeringeren Feuchtigkeitsgehalts. Dies kann auch als monopolarer Aufbau bezeichnet werden; die Trennung der Gassysteme erfolgt hier nur über die Wassertransfermembranen. The flow plate thus preferably does not serve to separate different media in the region of the flow fields. Rather, because of the ports on both sides of the flow plate, it is common for the same medium to flow therethrough; to moistened and moistened in the course of progressing gas or humid and then gas lower moisture content. This can also be called a monopolar structure; The separation of the gas systems takes place here only via the water transfer membranes.
Die Planflächenebene kann z. B. durch einen Rand der Strömungsplatte oder durch wenigstens drei nicht auf einer Geraden liegende Punkte auf dem Rand der Strömungsplatte festgelegt sein. Ebenso ist es denkbar als Planflächenebene der Strömungsplatte diejenige Ebene zu definieren, für die ein Abstandsintegral einen minimalen Wert annimmt, wobei das Abstandsintegral für eine gegebene Ebene gleich dem über die Oberfläche der Strömungsplatte integrierten Abstand zwischen der Strömungsplatte und dieser Ebene ist. Bei einer Vielzahl von gestapelten Strömungsplatten, z. B. in einem Befeuchter, sind die Planflächenebenen der Strömungsplatten üblicherweise senkrecht zur Stapelrichtung ausgerichtet. The plane surface plane z. B. be defined by an edge of the flow plate or by at least three points not lying on a straight line on the edge of the flow plate. Likewise, it is conceivable to define, as plane surface plane of the flow plate, that plane for which a distance integral assumes a minimum value, wherein the distance integral for a given plane is equal to the distance between the flow plate and that plane integrated over the surface of the flow plate. In a variety of stacked flow plates, z. B. in a humidifier, the plane surfaces of the flow plates are usually aligned perpendicular to the stacking direction.
Die Strömungsplatte kann aus Metall gebildet sein, vorzugsweise aus Edelstahl. Z. B. kann sie als Metallblech mit einer senkrecht zu ihrer Planflächenebene bestimmten Dicke von höchstens 150 μιη, vorzugsweise von höchstens 100 μιη, besonders vorzugsweise von höchstens 80 μιη ausgebildet sein. Metall hat einen vorteilhaft niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, wodurch bei Temperaturschwankungen im Betrieb des Befeuchters auftretende mechanische Spannungen minimiert werden können. Dies kann insbesondere die Langlebigkeit der Wassertransfermembranen des Befeuchters verbessern. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Strömungsplatte einlagig ausgebildet ist. Dies verringert das Gewicht des Befeuchters und die zu seiner Herstellung aufzuwendenden Materialkosten. Zur Mikroabdichtung oder zum Korrosionsschutz kann die Strömungsplatte darüber hinaus vollständig oder wenigstens teilweise beschichtet sein, z. B. durch eine hydrophile oder eine hydrophobe Beschichtung. The flow plate may be formed of metal, preferably stainless steel. For example, it may be formed as a metal sheet having a thickness of at most 150 μm, preferably at most 100 μm, particularly preferably at most 80 μm, at a thickness determined at right angles to its plane plane. Metal has a favorable low coefficient of thermal expansion, which can be minimized when temperature fluctuations in the operation of the humidifier occurring mechanical stresses. In particular, this can improve the longevity of the water transfer membranes of the humidifier. Furthermore, it is advantageous if the flow plate is formed in one layer. This reduces the weight of the humidifier and the material costs involved in its manufacture. For micro-sealing or corrosion protection, the flow plate may also be completely or at least partially coated, for. B. by a hydrophilic or a hydrophobic coating.
Die Strömungsplatte kann ferner Leitstrukturen aufweisen, die derart angeordnet und ausgebildet sind, dass sie ein im Bereich der Strömungsfelder entlang einer Flachseite der Strömungsplatte strömendes Gas durch die Durch- gangsöffnungen hindurch zum Strömungsfeld oder in das Strömungsfeld an der jeweils gegenüberliegenden Flachseite der Strömungsplatte leiten. So kann eine Durchmischung des Gases senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte weiter verbessert werden. Die Strömungsplatte und die Leitstrukturen können insbesondere einteilig ausgebildet, also aus einem Stück gebildet sein. Dies kann die Herstellung der Platte erheblich vereinfachen und die Herstellungskosten reduzieren. Beispielsweise können die Leitstrukturen in die Strömungsplatte eingeformt sein, z. B. durch Prägen oder durch Tiefziehen. The flow plate may further comprise guide structures which are arranged and configured such that they guide gas flowing in the region of the flow fields along a flat side of the flow plate through the passage openings to the flow field or into the flow field on the respectively opposite flat side of the flow plate. Thus, a mixing of the gas perpendicular to the plane plane of the flow plate can be further improved. The flow plate and the guide structures can in particular be integrally formed, that is formed from one piece. This can greatly simplify the manufacture of the plate and reduce the manufacturing costs. For example, the lead structures may be molded into the flow plate, e.g. B. by embossing or by deep drawing.
Die Leitstrukturen können derart angeordnet und ausgebildet sein, dass sie an die Durchgangsöffnungen heranreichen. So können die Leitstrukturen das entlang der Oberfläche der Strömungsplatte strömende Gas besonders effizient durch die Durchgangsöffnungen hindurch an die gegenüberliegende Oberfläche der Platte leiten. Es sind jedoch auch Ausführungsformen denkbar, bei denen die Leitstrukturen oder wenigstens einige der Leitstrukturen von den Durchgangsöffnungen beabstandet sind. Beispielsweise können die Leitstrukturen in diesem Fall derart angeordnet und ausgebildet sein, dass sie den Fluss des Gases wenigstens teilweise blockieren. The lead structures may be arranged and configured to abut close the passage openings. Thus, the guide structures can flow the gas flowing along the surface of the flow plate particularly efficiently through the passage openings to the opposite surface of the plate. However, embodiments are also conceivable in which the guide structures or at least some of the guide structures are spaced from the passage openings. For example, the guide structures in this case may be arranged and configured such that they at least partially block the flow of the gas.
Die Durchgangsöffnungen oder wenigstens einige der Durchgangsöffnungen können in die Strömungsplatte eingestanzt sein. Ebenso ist es denkbar, dass die Durchgangsöffnungen oder wenigstens einige der Durchgangsöffnungen durch Einschnitte in der Strömungsplatte gebildet sind, insbesondere durch nicht spanende Einschnitte, beispielsweise durch einen linienförmigen Einschnitt, der entweder beim Einschneiden oder nachträglich geöffnet wird. Z. B. können durch solche Einschnitte und durch Verformen eines an die Einschnitte angrenzenden Bereichs der Strömungsplatte zungenartige, stegartige, wenigstens abschnittweise domartige oder muschelhälftenartige Leitstrukturen in der Strömungsplatte ausgebildet sein. Zur Ausbildung der Durchgangsöffnungen können diese dann wenigstens bereichsweise aus der Planflächenebene der Strömungsplatte herausgebogen sein oder von der Strömungsplatte abstehen. Die Leitstrukturen oder wenigstens einige von ihnen können auch als Stege ausgebildet sein. Die Durchgangsöffnungen können dann beispielsweise durch offene Seitenflanken dieser Stege gegeben sein. The through holes or at least some of the through holes may be punched in the flow plate. It is also conceivable that the passage openings or at least some of the passage openings are formed by cuts in the flow plate, in particular by non-cutting cuts, for example by a line-shaped incision, which is opened either when cutting or subsequently. For example, by means of such incisions and by deforming a region of the flow plate adjoining the incisions, tongue-like, web-like, at least partially dome-shaped or half-shell-like guide structures can be formed in the flow plate. To form the passage openings, these can then be bent out of the plane plane of the flow plate at least in some regions or project from the flow plate. The guide structures or at least some of them can also be designed as webs. The passage openings can then be given for example by open side edges of these webs.
Insbesondere können die Leitstrukturen mit der Planflächenebene der Strömungsplatte jeweils wenigstens abschnittweise einen Winkel von wenigstens 45 Grad, vorzugsweise von wenigstens 75 Grad, besonders vorzugsweise von wenigstens 80 Grad einschließen. Für eine senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte bestimmte Höhe H der Leitstrukturen kann gelten: 0,5-D < H < 10-D, vorzugsweise 2-D < H < 5-D, wobei D die Dicke der Strömungsplatte ist, z. B. deren Blechdicke. In particular, the guide structures with the planar surface plane of the flow plate can each at least partially include an angle of at least 45 degrees, preferably of at least 75 degrees, particularly preferably of at least 80 degrees. For a height H of the conductive structures determined perpendicular to the plane of the plane of the flow plate, the following applies: 0.5-D <H <10-D, preferably 2-D <H <5-D, where D is the thickness of the flow plate, e.g. B. whose sheet thickness.
Zum Abstützen einer insbesondere im Bereich des Strömungsfeldes an die Strömungsplatte angrenzenden Wasseraustauschmembran oder eines Membranverbundes können die Leitstrukturen an ihren von der Strömungs- platte abgewandten Enden wenigstens abschnittweise parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte ausgerichtet sein und/oder zur Strömungsplatte hin umgebogen sein. So kann z. B. auch eine Beschädigung der Membran oder des Membranverbundes durch die Leitstrukturen vermieden wer- den. In order to support a water exchange membrane or a membrane composite adjoining the flow plate, in particular in the region of the flow field, the conductive structures can be attached to their plate facing away from the ends at least partially aligned parallel to the plane surface plane of the flow plate and / or be bent towards the flow plate. So z. B. damage to the membrane or the membrane composite can be avoided by the lead structures.
Die Strömungsplatte kann Leitstrukturen an beiden Flachseiten der Strömungsplatte aufweisen. So kann die Strömungsplatte erste Leitstrukturen und zweite Leitstrukturen umfassen, wobei die ersten Leitstrukturen an der ersten Flachseite von der Strömungsplatte abstehen und wobei die zweiten Leitstrukturen an der der ersten Flachseite gegenüberliegenden zweiten Flachseite von der Strömungsplatte abstehen. Die ersten Leitstrukturen können dann das Gas von der ersten Flachseite durch die Durchgangsöffnungen hindurch zur zweiten Flachseite leiten, und die zweiten Leitstrukturen können das Gas von der zweiten Flachseite durch die Durchgangsöffnungen hindurch zur ersten Flachseite leiten. So kann die Durchmischung des Gases weiter befördert werden. Gewöhnlich werden dadurch das Strömungsverhalten und die Durchmischung des Gases verbessert. Die Durchgangsöffnungen und/oder die Leitstrukturen können in periodischenThe flow plate may have guide structures on both flat sides of the flow plate. Thus, the flow plate may include first conductive patterns and second conductive patterns, the first conductive patterns protruding from the flow plate at the first flat side and the second conductive patterns protruding from the flow plate at the second flat side opposite the first flat side. The first conductive structures may then direct the gas from the first flat side through the through holes to the second flat side, and the second conductive patterns may guide the gas from the second flat side through the through holes to the first flat side. Thus, the mixing of the gas can be further promoted. Usually this improves the flow behavior and mixing of the gas. The passage openings and / or the lead structures may be in periodic
Abständen zueinander angeordnet sein. Beispielsweise können die Durchgangsöffnungen und/oder die Leitstrukturen parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte entlang einer ersten Richtung und entlang einer zweiten Richtung in periodischen Abständen zueinander angeordnet sein. Ein entlang der ersten Richtung bestimmter erster Abstand benachbarter Durchgangsöffnungen und/oder benachbarter Leitstrukturen kann dann von einem entlang der zweiten Richtung bestimmten zweiten Abstand benachbarter Durchgangsöffnungen und/oder benachbarter Leitstrukturen verschieden sein. Die erste Richtung und die zweite Richtung können senkrecht aufeinander stehen, sie können aber auch einen Winkel von weniger als 90 Grad einschließen. Die von der ersten Flachseite der Strömungsplatte abstehenden ersten Leitstrukturen und die von der zweiten Flachseite der Strömungsplatte abstehenden zweiten Leitstrukturen können entlang der ersten Richtung und/oder entlang der zweiten Richtung alternierend angeordnet sein. Be spaced apart. For example, the passage openings and / or the guide structures may be arranged parallel to the plane plane of the flow plate along a first direction and along a second direction at periodic intervals to each other. A first distance of adjacent passage openings and / or adjacent guide structures determined along the first direction can then be different from a second distance of adjacent passage openings and / or adjacent guide structures determined along the second direction. The first direction and the second direction may be perpendicular to each other, but may also include an angle of less than 90 degrees. The first guide structures projecting from the first flat side of the flow plate and the second guide structures protruding from the second flat side of the flow plate may be arranged alternately along the first direction and / or along the second direction.
Zur weiteren Verbesserung einer Durchmischung von entlang der Plattenober- fläche geführtem Gas können die Leitstrukturen derart ausgebildet sein, dass ein parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte bestimmter Querschnitt der Leitstrukturen senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte jeweils veränderlich ist. So kann z. B. an den Leitstrukturen vorbeiströmen- des Gas zumindest teilweise quer zur Planflächenebene der Strömungsplatte umgelenkt werden. To further improve a mixing of along the plate top Surface guided gas, the guide structures may be formed such that a certain parallel to the plane surface plane of the flow plate cross section of the guide structures is perpendicular to the plane plane of the flow plate in each case variable. So z. For example, gas flowing past the guide structures can be deflected at least partially transversely to the planar surface plane of the flow plate.
Zum Durchleiten eines zu befeuchtenden Gases und eines befeuchteten Gases oder zum Durchleiten eines zu entfeuchtenden Gases und eines entfeuchteten Gases durch die Strömungsplatte kann die Strömungsplatte ferner Durch- lassöffnungen aufweisen, wobei die Durchlassöffnungen mit den Strömungsfeldern in Fluidverbindung sind. Die Durchlassöffnungen sind üblicherweise in den Randbereichen der Strömungsplatte angeordnet, insbesondere in den Eckbereichen. Wenn eine Mehrzahl von Strömungsplatten im Befeuchter gestapelt ist, bilden die Durchlassöffnungen Leitungen, die sich in Stapelrichtung durch den Stapel erstrecken. Über diese Leitungen können die For passing a gas to be humidified and a humidified gas or for passing a gas to be dehumidified and a dehumidified gas through the flow plate, the flow plate may further comprise passage openings, wherein the passage openings in fluid communication with the flow fields. The passage openings are usually arranged in the edge regions of the flow plate, in particular in the corner regions. When a plurality of flow plates are stacked in the humidifier, the ports form conduits that extend through the stack in the stacking direction. About these lines, the
Befeuchterzellen mit zu befeuchtendem Gas oder mit zu entfeuchtendem Gas versorgt werden. Ebenso kann entfeuchtetes oder befeuchtetes Gas über diese Leitungen aus den Befeuchterzellen abgeführt werden. Die Durchlassöffnungen sind somit gewöhnlich in Fluidverbindung mit Gasanschlüssen an ei- ner Außenseite des Befeuchters, z. B. an wenigstens einer seiner Endplatten. Humidifier cells are supplied with gas to be humidified or with gas to be dehumidified. Likewise, dehumidified or humidified gas can be removed from the humidifier cells via these lines. The ports are thus usually in fluid communication with gas ports on an outside of the humidifier, e.g. On at least one of its end plates.
Ein Querschnitt einer einzelnen Durchlassöffnung ist üblicherweise um ein Vielfaches größer als ein Querschnitt der einzelnen Durchgangsöffnungen, z. B. wenigstens um ein Zehnfaches oder wenigstens um ein Zwanzigfaches. A cross section of a single passage opening is usually larger by a multiple than a cross section of the individual passage openings, for. At least tenfold or at least twentyfold.
Zum Abdichten der Strömungsfelder und/oder der Durchlassöffnungen kann die Strömungsplatte ferner Dichtungsanordnungen aufweisen, z. B. in Gestalt von in die Strömungsplatte eingeformten Sicken. Insbesondere können die Dichtungsanordnungen um die Strömungsfelder und/oder um die Durchlassöffnungen herum angeordnet sein und diese einschließen. Zum Herstellen einer Fluidverbindung zwischen den Durchlassöffnungen und den Strömungs- feldern können die Dichtungsanordnungen bzw. die Sicken Durchbrüche aufweisen. Über diese Durchbrüche kann dann jeweils Gas durch die Dichtungsanordnungen hindurch von den Durchlassöffnungen in die Strömungsfelder oder von den Strömungsfeldern zu den Durchlassöffnungen geführt werden. Alternativ ist es auch möglich, Dichtungen in Form von Elastomerelementen auf- oder anzubringen. Vorgeschlagen wird ferner ein Befeuchter, insbesondere zum Befeuchten von Prozessgas für ein elektrochemisches System oder für HVAC-Anwendungen. Der Befeuchter weist eine Vielzahl von gestapelten Strömungsplatten der zuvor beschriebenen Art auf. Ein derartiger Befeuchter zeichnet sich bei großer Kompaktheit und bei geringen Herstellungskosten durch eine besonders große Effizienz aus. For sealing the flow fields and / or the passage openings, the flow plate may further comprise sealing arrangements, for. B. in the form of molded in the flow plate beads. In particular, the sealing arrangements may be arranged around the flow fields and / or around the passage openings and enclose them. To establish a fluid connection between the passage openings and the flow fields, the sealing arrangements or the beads can have openings. In each case, gas can then be passed through the sealing arrangements from the passage openings into the flow fields or from the flow fields to the passage openings via these openings. Alternatively, it is also possible seals up or attach in the form of elastomeric elements. Also proposed is a humidifier, in particular for humidifying process gas for an electrochemical system or for HVAC applications. The humidifier has a plurality of stacked flow plates of the type previously described. Such a humidifier is characterized by great compactness and low production costs by a particularly high efficiency.
Zwischen benachbarten Strömungsplatten des Stapels ist dann üblicherweise jeweils eine Wasseraustauschmembran oder ein Membranverbund angeordnet. Wie eingangs beschrieben kann der Membranverbund neben der Wasseraustauschmembran als Stützmedium wenigstens eine Gasdiffusionslage aufweisen, vorzugsweise zwei Gasdiffusionslagen, die beiderseits der Wasseraustauschmembran angeordnet sind. Between adjacent flow plates of the stack then usually each a water exchange membrane or a membrane composite is arranged. As described in the introduction, the membrane composite can have, in addition to the water exchange membrane as the support medium, at least one gas diffusion layer, preferably two gas diffusion layers, which are arranged on both sides of the water exchange membrane.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Neuerung sind in den Figuren dargestellt und werden anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Embodiments of the present invention are illustrated in the figures and will be explained in more detail with reference to the following description. Show it:
Figur 1 einen Befeuchter mit einer Vielzahl von gestapelten Figure 1 shows a humidifier with a variety of stacked
Befeuchterzellen;  Befeuchterzellen;
Figur 2 ein elektrochemisches System mit dem Befeuchter gemäß Figur FIG. 2 shows an electrochemical system with the humidifier according to FIG
1;  1;
Figur 3 aus dem Stand der Technik bekannte Strömungsplatten für einen Befeuchter und einen zwischen den Strömungsplatten angeordneten Membranverbund; Figure 3 shows known from the prior art flow plates for a humidifier and arranged between the flow plates membrane composite.
Figur 4 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Strömungsplatte für einen Befeuchter; FIG. 4 shows an embodiment of a flow plate for a humidifier according to the invention;
Figur 5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Strömungsplatte für einen Befeuchter; FIG. 5 shows a further embodiment of a flow plate for a humidifier according to the invention;
Figur 6a eine Schnittdarstellung der Strömungsplatte gemäß Figur 4; Figuren 6b Figure 6a is a sectional view of the flow plate of Figure 4; FIGS. 6b
und 6c Schnittdarstellungen der Strömungsplatte gemäß Figur 5; and FIG. 6c are sectional views of the flow plate according to FIG. 5;
Figur 7 einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Strömungsplatte für einen Befeuchter; FIG. 7 shows a section of a further embodiment of a flow plate for a humidifier according to the invention;
Figur 8 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Strömungsplatte für einen Befeuchter; sowie FIG. 8 shows a further embodiment of a flow plate for a humidifier according to the invention; such as
Figur 9 eine schematische Darstellung des monopolaren Aufba Figure 9 is a schematic representation of the monopolar Aufba
erfindungsgemäßen Befeuchters.  humidifier according to the invention.
Figur 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen blockförmigen Befeuchter 1 mit in der Stapelungsrichtung 2 gestapelten Befeuchterzellen 3, die jeweils wenigstens eine Strömungsplatte und eine Wasseraustauschmembran enthalten, wobei die Befeuchterzellen durch in Stapelungsrichtung 2 fluchtende Durchlassöffnungen miteinander verbunden sind, die in nach außen führenden Gasanschlüssen 4, 5, 6, 7 münden. Die Gasanschlüsse 4, 5, 6, 7 durchsetzen eine der Endplatten 8, 9 des Befeuchters 1. Die Gaseingänge sind dabei mit den Bezugszeichen 4 und 5 und die Gasausgänge mit den Bezugszeichen 6 und 7 versehen. Die entsprechenden Gasströmungsrichtungen sind mit A, B, C, D bezeichnet. 1 shows a perspective view of a block-shaped humidifier 1 with humidifier cells 3 stacked in the stacking direction 2, each containing at least one flow plate and a water exchange membrane, wherein the humidifier cells are interconnected by passage openings aligned in the stacking direction 2 which lead into gas connections 4 leading outwards , 5, 6, 7 lead. The gas connections 4, 5, 6, 7 pass through one of the end plates 8, 9 of the humidifier 1. The gas inlets are provided with the reference numerals 4 and 5 and the gas outlets with the reference numerals 6 and 7. The corresponding gas flow directions are designated A, B, C, D.
Die einzelnen, in dem Befeuchter 1 gestapelten Befeuchterzellen 3 weisen jeweils gleiche äußere Abmessungen auf, so dass durch das Stapeln ein Quader mit flachen Seitenflächen entsteht. The individual humidifier cells 3 stacked in the humidifier 1 each have the same external dimensions, so that stacking produces a cuboid with flat side surfaces.
Figur 2 zeigt schematisch ein elektrochemisches System 10 mit einem Kompressor 11, einem Befeuchter 1 und einem Brennstoffzellenstapel 12, der beispielsweise eine Vielzahl von Wasserstoff/Sauerstoff-Brennstoffzellen aufweist. Hier und im Folgenden sind dabei wiederkehrende Merkmale jeweils mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Vom Kompressor 11 wird dem Befeuchter 1 über einen ersten Eingang 5 des Befeuchters 1 ein trockenes, zu befeuchtendes Prozessgas zugeführt, z. B. molekularer Wasserstoff oder molekularer Sauerstoff bzw. Luft. Das im Befeuchter 1 befeuchtete Prozessgas wird dann über einen ersten Ausgang 6 des Befeuchters 1 an den Brennstoff- zellenstapel 12 abgegeben. Dort wird die chemische Energie unterschiedlicher Prozessgase mittels einer Vielzahl von Membranelektrodeneinheiten in elektrische Energie umgewandelt. Die Abluft mit dem bei der Reaktion der Prozessgase in dem Brennstoffzellenstapel 12 entstehenden Wasser wird dem Befeuchter 1 über einen zweiten Eingang 4 zugeführt und dient dort dem Befeuchten des trockenen Prozessgases, das dem Befeuchter 1 über den ersten Eingang 5 zugeführt wird, durch eine Wasseraustauschmembran hindurch. Das entfeuchtete Gas wird über einen zweiten Ausgang 7 des Befeuchters 1 beispielsweise an die Umgebung abgegeben. FIG. 2 schematically shows an electrochemical system 10 with a compressor 11, a humidifier 1 and a fuel cell stack 12, which for example has a large number of hydrogen / oxygen fuel cells. Here and below, recurring features are designated by the same reference numerals. From the compressor 11 to the humidifier 1 via a first input 5 of the humidifier 1, a dry, to be humidified process gas is supplied, for. As molecular hydrogen or molecular oxygen or air. The process gas moistened in the humidifier 1 is then connected to the fuel cell via a first outlet 6 of the humidifier 1. cell stack 12 delivered. There, the chemical energy of different process gases is converted by means of a plurality of membrane electrode units into electrical energy. The exhaust air with the resulting in the reaction of the process gases in the fuel cell stack 12 water is supplied to the humidifier 1 via a second input 4, where it serves for wetting the dry process gas, which is the humidifier 1 via the first input 5, through a water exchange membrane , The dehumidified gas is discharged via a second outlet 7 of the humidifier 1, for example, to the environment.
Die Großbuchstaben aus Figur 2 entsprechen den Gasströmungsrichtungen, die in Figur 1 ebenso bezeichnet und im Text hierzu im Zusammenhang mit den Gasanschlüssen erläutert sind. Figur 3 zeigt in perspektivischer Darstellung eine aus dem Stand der Technik bekannte Befeuchterzelle 3, zu der in dem beschriebenen Fall zwei Strömungsplatten 13, 14 sowie eine zwischen diesen angeordnete Wasseraustauschmembran 15 und zwei die Wasseraustauschmembran 15 auf beiden Seiten stützende Stützmedien 16, 17 in Form von Faservliesen gehören. Die Randbereiche der Wasseraustauschmembran 15 und der Stützmedien 16, 17 sind dabei in der Darstellung nicht gezeigt. The capital letters of Figure 2 correspond to the gas flow directions, which are also designated in Figure 1 and are explained in the text for this purpose in connection with the gas connections. Figure 3 shows a perspective view of a known from the prior art humidifier cell 3, to which in the case described two flow plates 13, 14 and disposed therebetween water exchange membrane 15 and two supporting the water exchange membrane 15 on both sides support media 16, 17 in the form of Nonwoven fabrics belong. The edge regions of the water exchange membrane 15 and the support media 16, 17 are not shown in the illustration.
Die Strömungsplatten 13, 14 weisen jeweils an wenigstens einer ihrer Seiten Kanäle auf, die durch Stege 14a, 14b voneinander getrennt sind. Die jeweils benachbarte Kanäle voneinander trennenden Stege 14a, 14b können an dieThe flow plates 13, 14 each have channels on at least one of their sides, which are separated from one another by webs 14a, 14b. The respective adjacent channels from each other separating webs 14 a, 14 b can be connected to the
Stützmedien 16, 17 stoßen, so dass jeweils allseitig umschlossene Kanäle für die Strömung eines Gases an der Strömungsplatte innerhalb der Support media 16, 17 abut, so that each enclosed on all sides channels for the flow of a gas to the flow plate within the
Befeuchterzelle 3 entstehen. Den einzelnen Strömungsplatten wird über die Durchlassöffnungen 18, 19 Gas zugeführt, das über weitere Durchlassöffnun- gen 20 nach dem Durchlaufen der jeweiligen Strömungsplatte wieder abgeführt werden kann. Jede Strömungsplatte 13, 14 weist hierzu im gezeigten Beispiel vier Durchlassöffnungen auf, von denen jeweils zwei einander gegenüberliegende jeder Flachseite der Strömungsplatte zugeordnet sind. Die beiden anderen Durchlassöffnungen sind jeweils der gegenüberliegenden Flach- seite und den dort verlaufenden Kanälen zugeordnet, die in Figur 3 nicht zu sehen sind. Die Strömungsplatten 13, 14 werden beim Zusammenbau eines Befeuchters derart gestapelt, dass die Durchlassöffnungen 18, 19 miteinander fluchten und eine Leitung zur Zuführung von Gas zu sämtlichen Strömungsplatten bilden. Auf der jeweils gegenüberliegenden Seite wird durch die fluchtenden Durchlassöffnungen eine weitere Leitung zur Ableitung von Gas von den Strömungsplatten 13, 14 gebildet. Humidifier 3 arise. Gas is supplied to the individual flow plates via the passage openings 18, 19, which gas can be removed again via further passage openings 20 after passing through the respective flow plate. Each flow plate 13, 14 has for this purpose in the example shown on four passage openings, of which two opposing each flat side of the flow plate are assigned. The two other passage openings are each assigned to the opposite flat side and the channels extending there, which are not visible in FIG. The flow plates 13, 14 are in the assembly of a Humidifier stacked so that the passage openings 18, 19 are aligned with each other and form a conduit for supplying gas to all flow plates. On the respective opposite side, a further line for the discharge of gas from the flow plates 13, 14 is formed by the aligned passage openings.
Bei der in Figur 3 gezeigten Befeuchterzelle 3 strömt Gas in den Kanälen der Strömungsplatten 13, 14, die beiderseits der Wasseraustauschmembran 15 angeordnet sind und die jeweils an die Membran 15 angrenzen, im Wesentli- chen laminar. Dies kann dazu führen, dass sich entlang der Stapelrichtung 2, also senkrecht zu den Planflächenebenen der Strömungsplatten 13, 14 innerhalb der Kanäle ein stationärer Feuchtigkeitsgradient einstellt, und zwar derart, dass der Feuchtigkeitsgrad auf der feuchten Seite der Befeuchterzelle 3 zur Wasseraustauschmembran 15 hin abnimmt und dass der Feuchtigkeits- grad auf der trockenen Seite der Befeuchterzelle 3 zur Wasseraustauschmembran 15 hin zunimmt. Da die Wassertransferrate über die Wasseraustauschmembran 15 in etwa proportional mit der unmittelbar an der Membran 15 anliegenden Feuchtigkeitsdifferenz skaliert, führt die beschriebene Ausbildung eines stationären Feuchtigkeitsgradienten in den an die Membran 15 angrenzenden Kanälen zu einer ungewünschten Verringerung der Wassertransferrate. Diese in Figur 3 dargestellte Lösung aus dem Stand der Technik stellt deshalb eine nichtoptimierte Ausführungsform dar, die durch die vorliegende Neuerung verbessert werden soll. Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf eine erste Flachseite 21 einer erfindungsgemäßen einlagigen Strömungsplatte 22 mit Durchlassöffnungen 23, 24, 25, 26. Die Strömungsplatte 22 ist als Edelstahlblech mit einer Blechdicke von z. B. weniger als 100 μιη ausgebildet. Die Strömungsplatte 22 ist Teil des Plattenstapels des Befeuchters 1 aus Figur 1. Die Durchlassöffnungen 23, 24, 25, 26 werden jeweils von Dichtungssicken 30, 31, 32, 33 nach außen und zum Inneren des Befeuchters 1 hin abgedichtet. Das Strömungsfeld 28 wird ferner von einer Dichtungssicke 54 umlaufen, die das Strömungsfeld 28 nach außen und zu den Durchlassöffnungen 23, 24, 25, 26 hin abdichtet, wobei die Sicken hier nur angedeutet sind. Die Dichtungssicken 30, 31, 32, 33 gehen in die Dich- tungssicke 54 über. Die Durchlassöffnung 25 ist in Fluidverbindung mit demIn the humidifier cell 3 shown in FIG. 3, gas flows substantially in the channels of the flow plates 13, 14, which are arranged on both sides of the water exchange membrane 15 and adjoin the membrane 15 in each case, essentially laminar. This can lead to a stationary moisture gradient being set up along the stacking direction 2, that is to say perpendicular to the planar surface planes of the flow plates 13, 14, in such a way that the degree of moisture on the moist side of the humidifier cell 3 decreases towards the water exchange membrane 15 and the moisture level on the dry side of the humidifier cell 3 increases towards the water exchange membrane 15. Since the water transfer rate across the water exchange membrane 15 scales approximately in proportion to the moisture difference immediately adjacent to the membrane 15, the described formation of a steady state moisture gradient in the channels adjacent the membrane 15 will result in an undesirable reduction in water transfer rate. This prior art solution shown in Figure 3 therefore represents a non-optimized embodiment which is to be improved by the present invention. Figure 4 shows a plan view of a first flat side 21 of a single-layer flow plate 22 according to the invention with passage openings 23, 24, 25, 26. The flow plate 22 is a stainless steel sheet having a sheet thickness of z. B. less than 100 μιη trained. The flow plate 22 is part of the plate stack of the humidifier 1 of Figure 1. The passage openings 23, 24, 25, 26 are respectively sealed by sealing beads 30, 31, 32, 33 to the outside and to the interior of the humidifier 1. The flow field 28 is further circulated by a sealing bead 54 which seals the flow field 28 to the outside and to the passage openings 23, 24, 25, 26, wherein the beads are only indicated here. The sealing beads 30, 31, 32, 33 merge into the sealing bead 54. The passage opening 25 is in fluid communication with the
Eingang 5, über den trockenes Gas aus dem Kompressor 11 in den Befeuchter 1 eingeleitet wird. Die Durchlassöffnung 23 ist in Fluidverbindung mit dem Ausgang 6 des Befeuchters 1 (siehe Figuren 1 und 2), über den befeuchtetes Gas aus dem Befeuchter 1 abgeleitet und dem Brennstoffzellenstapel 12 zugeführt wird. Die Durchlassöffnung 26 ist in Fluidverbindung mit dem Eingang 4, über den Wasserdampf aus dem Brennstoffzellenstapel 12 in den Befeuchter 1 eingeleitet wird. Und die Durchlassöffnung 24 ist in Fluidverbindung mit dem Ausgang 7, über den entfeuchteter Wasserdampf aus dem Befeuchter 1 an die Umgebung abgegeben wird. Input 5, via the dry gas from the compressor 11 into the humidifier 1 is initiated. The passage opening 23 is in fluid communication with the outlet 6 of the humidifier 1 (see FIGS. 1 and 2), via which humidified gas is discharged from the humidifier 1 and supplied to the fuel cell stack 12. The passage opening 26 is in fluid communication with the inlet 4, is introduced via the water vapor from the fuel cell stack 12 in the humidifier 1. And the passage opening 24 is in fluid communication with the outlet 7, is discharged through the dehumidified water vapor from the humidifier 1 to the environment.
Eine zweite Flachseite 27 auf der vom Betrachter abgewandten Rückseite der Strömungsplatte 22 ist in Figur 4 verdeckt. Zwischen den Durchlassöffnungen 25 und 23 ist auf der ersten Flachseite 21 ein erstes Strömungsfeld 28 angeordnet. Die Durchlassöffnungen 23, 25 sind mit dem ersten Strömungsfeld 28 über Durchbrüche 34, 35 in den Sickenanordnungen 30, 32 in Fluidverbindung. In entsprechender Weise ist zwischen denselben Durchlassöffnungen 23 und 25 auf der zweiten Flachseite 27 ein zweites Strömungsfeld 29 angeordnet, das in Figur 4 ebenfalls verdeckt ist. Auch dieses zweite Strömungsfeld 29 ist mit den Durchlassöffnungen 23, 25 in Fluidverbindung. Im Betrieb des Befeuchters 1 strömt zu befeuchtendes trockenes Gas, das der Strömungsplatte 22 über die Durchlassöffnung 25 zugeführt wird, durch die Strömungsfelder 28, 29 beiderseits der Strömungsplatte 22 hin zur Durchlassöffnung 23. Im Bereich der Strömungsfelder 28, 29 nimmt das zur Durchlassöffnung 23 strömende trockene Gas dann jeweils Feuchtigkeit über Wassertransfermembranen auf (nicht gezeigt), die beiderseits der Strömungsplatte 22 an die erste Flachseite 21 und an die zweite Flachseite 27 angrenzen. Gegebenenfalls können zwischen den Wassertransfermembranen und den Flachseiten 21, 27 der Strömungsplatte auch noch Gasdiffusionslagen angeordnet sein. Das derart im Bereich der Strömungsfelder 28, 29 befeuchtete Gas wird dann über die Durchlassöffnung 23 wieder von der Strömungsplatte 22 abgeführt. Die Durchlassöffnungen 24, 26 dienen dem Führen von feuchtem Gas bzw. zum Abführen von entfeuchtetem Gas und sind nicht in Fluidverbindung mit den Strömungsfeldern 28, 29 der Strömungsplatte 22, da die sie umgebenden Dichtungssicken 31, 33 keine Durchbrüche aufweisen. A second flat side 27 on the side facing away from the viewer back of the flow plate 22 is hidden in Figure 4. Between the passage openings 25 and 23, a first flow field 28 is arranged on the first flat side 21. The passage openings 23, 25 are in fluid communication with the first flow field 28 via apertures 34, 35 in the bead assemblies 30, 32. In a corresponding manner, a second flow field 29 is arranged between the same passage openings 23 and 25 on the second flat side 27, which is likewise concealed in FIG. This second flow field 29 is also in fluid communication with the passage openings 23, 25. During operation of the humidifier 1, dry gas to be humidified, which is supplied to the flow plate 22 via the passage opening 25, flows through the flow fields 28, 29 on either side of the flow plate 22 to the passage opening 23. In the area of the flow fields 28, 29 that flows to the passage opening 23 dry gas then in each case moisture via water transfer membranes (not shown), which adjoin the first flat side 21 and the second flat side 27 on both sides of the flow plate 22. Optionally, gas diffusion layers may also be arranged between the water transfer membranes and the flat sides 21, 27 of the flow plate. The thus moistened in the flow fields 28, 29, the gas is then removed via the passage opening 23 again from the flow plate 22. The passage openings 24, 26 serve to guide moist gas or to discharge dehumidified gas and are not in fluid communication with the flow fields 28, 29 of the flow plate 22, since the surrounding sealing beads 31, 33 have no openings.
Strömungsplatten des Befeuchters 1, die zum Führen feuchten Gases eingerichtet sind, können der Strömungsplatte 22 entsprechend ausgebildet sein. Im Unterschied zur in Figur 4 gezeigten Strömungsplatte 22 sind dann jedoch die das feuchte Gas führenden Durchlassöffnungen mit den Strömungsfeldern an den Flachseiten der Strömungsplatte in Fluidverbindung, während die das trockene Gas führenden Durchlassöffnungen nicht mit den Strömungsfeldern in Fluidverbindung sind. Im Befeuchter 1 sind Strömungsplatten von der Art der Strömungsplatte 22 zum Führen trockenen Gases und Strömungsplatten zum Führen feuchten Gases alternierend angeordnet. Flow plates of the humidifier 1, which are arranged to guide wet gas, may be formed corresponding to the flow plate 22. However, unlike the flow plate 22 shown in Figure 4, the wet gas passageways are then in fluid communication with the flow fields on the flat sides of the flow plate while the dry gas passageways are not in fluid communication with the flow fields. In the humidifier 1, flow plates of the type of the flow plate 22 for guiding dry gas and flow plates for guiding wet gas are alternately arranged.
In Figur 4 sind die Strömungsfelder 28, 29 an den beiden Flachseiten 21, 27 der Strömungsplatte 22 durch eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 40 miteinander in Fluidverbindung. So kann entlang der Flachseiten 21, 27 strömendes Gas auf seinem Weg von der Durchlassöffnung 25 zur Durchlassöffnung 23 durch die Durchgangsöffnungen 40 hindurch beständig vom ersten Strömungsfeld 28 in das zweite Strömungsfeld 29 und vom zweiten Strömungsfeld 29 in das erste Strömungsfeld 28 hinüberströmen. Der Übersichtlichkeit halber sind in Figur 4 nur einige der Durchgangsöffnungen 40 mit Bezugszeichen bezeichnet. Die Durchgangsöffnungen 40 sind derart ausgebildet, dass eine senkrechte Projektion der Durchgangsöffnungen 40 auf die Planflächenebene der Strömungsplatte 22, die in Figur 4 parallel zur Zeichenebene ausgerichtet ist, jeweils eine nicht verschwindende Fläche hat. Z. B. haben die Projektionen der Durchgangsöffnungen 40 auf die Planflächenebene der Strömungsplatte 22 jeweils eine Fläche von wenigstens 0,2 mm2 oder von wenigstens 0,5 mm2. Sie können aber auch deutlich größer sein, beispielsweise zwischen 1 mm2 und 3,5 mm2. Infolge dieser Ausbildung der Durchgangsöffnungen 40 hat das in den Strömungsfeldern 28, 29 strömende Gas beim Durchtritt durch die Durchgangsöffnungen 40 jeweils eine Geschwindigkeitskomponente senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 22, also entlang der Stapelrichtung 2 (siehe Figuren 1 und 3), so dass im Betrieb eine Durchmischung des Gases und der von dem Gas mitgeführten und im Bereich der Strömungsfelder 28, 29 aufgenommenen Feuchtigkeit senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 22 erfolgt. Wie zuvor beschrieben bewirkt diese Durchmischung eine Steigerung der Wassertransferrate und der Effizienz des In Figure 4, the flow fields 28, 29 on the two flat sides 21, 27 of the flow plate 22 by a plurality of through holes 40 in fluid communication with each other. Thus, gas flowing along the flat sides 21, 27 can continuously flow over from the first flow field 28 into the second flow field 29 and from the second flow field 29 into the first flow field 28 on its way from the passage opening 25 to the passage opening 23 through the passage openings 40. For the sake of clarity, only some of the passage openings 40 are designated by reference symbols in FIG. The passage openings 40 are formed in such a way that a vertical projection of the passage openings 40 on the planar surface plane of the flow plate 22, which is aligned parallel to the plane of the drawing in FIG. 4, each has a non-vanishing surface. For example, the projections of the through holes 40 on the plane plane of the flow plate 22 each have an area of at least 0.2 mm 2 or at least 0.5 mm 2 . But they can also be significantly larger, for example between 1 mm 2 and 3.5 mm 2 . As a result of this formation of the through-openings 40, the gas flowing in the flow fields 28, 29 has a velocity component perpendicular to the planar surface plane of the flow plate 22 when passing through the through-openings 40, ie along the stacking direction 2 (see FIGS. 1 and 3), so that a Mixing of the gas and carried by the gas and absorbed in the flow fields 28, 29 moisture perpendicular to the plane plane of the flow plate 22 takes place. As described above, this mixing causes an increase in the water transfer rate and the efficiency of the
Befeuchters 1. Humidifier 1.
Die Durchgangsöffnungen 40 sind z. B. in die Strömungsplatte 22 eingestanzt oder aus diesen ausgestanzt. Es ist auch denkbar, dass die Durchgangsöffnun- gen 40 durch spanloses, d.h. linienförmiges Einschneiden der Strömungsplatte 22 und durch anschließendes Verformen der Strömungsplatte 22 im Bereich der Einschnitte gebildet sind. Um das in den Strömungsfeldern 28, 29 strömende Gas gezielt schräg durch die Durchgangsöffnungen 40 hindurch auf die jeweils andere Flachseite 21, 27 zu leiten, weist die Strömungsplatte 22 an der ersten Flachseite 21 im Bereich des ersten Strömungsfeldes 28 eine Vielzahl von ersten Leitstrukturen 41a und an der zweiten Flachseite 27 im Bereich des zweiten Strömungsfeldes 29 eine Vielzahl von zweiten Leitstrukturen 41b auf. Die Leitstrukturen 41a, 41b sind jeweils durch Verformungen in an die Durchgangsöffnung angrenzenden Bereichen der Strömungsplatte 22 ausgebildet. In Figur 4 bilden die Leitstrukturen 41a, 41b jeweils abschnittweise domartige, sphärische oder muschelhälftenförmige Erhebungen, die beiderseits der Strömungsplatte 22 von den Flachseiten 21, 27 der Strömungsplatte 22 ab- stehen. Die ersten Leitstrukturen 41a stehen von der dem Betrachter zugewandten ersten Flachseite 21 ab, und die zweiten Leitstrukturen 41b stehen von der vom Betrachter abgewandten zweiten Flachseite 27 ab. Z. B. stehen die Leitstrukturen 41a, 41b jeweils um wenigstens das 1,5-Fache der Blechdicke von den Flachseiten 21, 27 ab. The passage openings 40 are z. B. punched in the flow plate 22 or punched out of these. It is also conceivable that the passage openings 40 gene by non-cutting, ie linear cutting of the flow plate 22 and by subsequent deformation of the flow plate 22 are formed in the region of the incisions. In order to selectively guide the gas flowing in the flow fields 28, 29 obliquely through the passage openings 40 to the respective other flat side 21, 27, the flow plate 22 on the first flat side 21 in the region of the first flow field 28 has a multiplicity of first guide structures 41 a and on the second flat side 27 in the region of the second flow field 29, a plurality of second conductive patterns 41b. The guide structures 41a, 41b are each formed by deformations in areas of the flow plate 22 adjacent to the passage opening. In FIG. 4, the guide structures 41a, 41b form in each case section-like dome-shaped, spherical or shell-half-shaped elevations which protrude from the flat sides 21, 27 of the flow plate 22 on both sides of the flow plate 22. The first conductive patterns 41a project from the first flat side 21 facing the viewer, and the second conductive patterns 41b protrude from the second flat side 27 facing away from the observer. For example, the guide structures 41a, 41b are each spaced at least 1.5 times the sheet thickness from the flat sides 21, 27.
Mit Ausnahme des Abschnitts der domartigen Leitstrukturen 41a, 41b, in dem diese an die Durchgangsöffnungen 40 angrenzen, haben die Leitstrukturen 41a, 41b parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte 22 einen in etwa kreisrunden Querschnitt, der sich senkrecht zur Planflächenebene der Strö- mungsplatte 22 mit zunehmendem Abstand von der Planflächenebene verändert, insbesondere verjüngt. So wird dem entlang der Flachseiten 21, 27 strömenden Gas zusätzlich eine Geschwindigkeitskomponente senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 22 aufgeprägt, was die Durchmischung des Gases in dieser Richtung zusätzlich befördert. Sowohl die Durchgangsöff- nungen 40 als auch die Leitstrukturen 41a, 41b sind hier relativ zu den übrigenWith the exception of the section of the dome-like guide structures 41a, 41b, in which they adjoin the through-openings 40, the guide structures 41a, 41b have an approximately circular cross-section parallel to the plane of the plane of the flow plate 22, which increases as the plane of the plane of the flow plate 22 increases Distance from the plane of the plane changed, especially tapered. Thus, the gas flowing along the flat sides 21, 27 is additionally impressed with a velocity component perpendicular to the planar surface plane of the flow plate 22, which additionally promotes the mixing of the gas in this direction. Both the passage openings 40 and the guide structures 41a, 41b are here relative to the others
Strukturen der Strömungsplatte 22, wie etwa den Durchlassöffnungen 23, 25 nicht notwendigerweise maßstäblich dargestellt. In der Praxis werden sie eher kleiner sein. Die Größe in der Darstellung wurde zum leichteren Verständnis gewählt. Relativ zueinander sind die Durchgangsöffnungen 40 und die Leit- strukturen 41a, 41b maßstäblich dargestellt. Die Durchgangsöffnungen 40 und die Leitstrukturen 41a, 41b sind entlang zweier senkrecht aufeinander stehender Richtungen 42, 43, die jeweils parallel zu den geraden Außenkanten der rechteckigen Strömungsplatte 22 ausgerichtet sind, gitterartig in regelmäßigen Abständen angeordnet. Hier sind die Abstände benachbarter Durchgangsöffnungen 40 und Leitstrukturen 41a, 41b in beiden Richtungen 42, 43 identisch. Bei alternativen Ausführungsformen können die Abstände in beiden Richtungen 42, 43 auch jeweils unterschiedlich sein. Zusätzlich weist die gitterförmige Anordnung der Durchgangsöffnungen 40 und der Leitstrukturen 41a, 41b weitere Symmetrierichtungen 44, 45 auf, die mit den zuvor genannten Richtungen 42, 43 jeweils einen Winkel von etwaStructures of the flow plate 22, such as the ports 23, 25, are not necessarily drawn to scale. In practice, they will be smaller. The size in the presentation was chosen for ease of understanding. Relative to one another, the passage openings 40 and the guide structures 41a, 41b are shown to scale. The through-openings 40 and the guide structures 41a, 41b are arranged in a lattice-like manner at regular intervals along two mutually perpendicular directions 42, 43, which are respectively aligned parallel to the straight outer edges of the rectangular flow plate 22. Here, the distances between adjacent passage openings 40 and guide structures 41a, 41b are identical in both directions 42, 43. In alternative embodiments, the distances in both directions 42, 43 may also be different. In addition, the lattice-shaped arrangement of the through openings 40 and the guide structures 41a, 41b further Symmetrierichtungen 44, 45, which in each case with the aforementioned directions 42, 43 an angle of approximately
45 Grad einschließen. Auch entlang der Richtungen 44, 45 sind die Durchgangsöffnungen 40 und die Leitstrukturen 41a, 41b in regelmäßigen Abständen angeordnet. Insbesondere sind die ersten Leitstrukturen 41a und die zweiten Leitstrukturen 41b entlang der zu den Außenkanten der Strömungs- platten schräg verlaufenden Richtungen 44, 45 alternierend angeordnet. Diese Anordnung kann dazu beitragen, dass das zwischen den Strömungsfeldern 28, 29 wechselnde Gas in etwa in demselben Maße vom ersten Strömungsfeld 28 in das zweite Strömungsfeld 29 strömt wie in der umgekehrten Richtung. So kann vermieden werden, dass sich lokal Druckunterschiede aufbauen, die das Strömungsverhalten und die Durchmischung des Gases negativ beeinflussen könnten. Include 45 degrees. Also along the directions 44, 45, the through holes 40 and the conductive patterns 41a, 41b are arranged at regular intervals. In particular, the first guide structures 41a and the second guide structures 41b are arranged alternately along the directions 44, 45 which are inclined to the outer edges of the flow plates. This arrangement can contribute to the fact that the gas which changes between the flow fields 28, 29 flows from the first flow field 28 into the second flow field 29 in approximately the same extent as in the opposite direction. In this way it can be avoided that local pressure differences build up which could adversely affect the flow behavior and the mixing of the gas.
Zusätzlich ist zu erkennen, dass die Durchgangsöffnungen 40 entlang der Richtung 42 bzw. in etwa entlang der Strömungsrichtung des Gases von der als Gaseinlass dienenden Durchlassöffnung 25 zur als Gasauslass dienendenIn addition, it can be seen that the passage openings 40 along the direction 42 or approximately along the flow direction of the gas from the gas inlet serving as the passage opening 25 serving as a gas outlet
Durchlassöffnung 23 jeweils an entgegengesetzten Enden der ersten Leitstrukturen 41a und der zweiten Leitstrukturen 41b angeordnet sind. So bilden die Durchgangsöffnungen 40 entlang der Richtung 42 jeweils dasjenige Ende der ersten Leitstrukturen 41a, das der als Gaseinlass dienenden Durchlassöff- nung 25 zugewandt ist. Dagegen bilden die Durchgangsöffnungen 40 entlang der Richtung 42 jeweils dasjenige Ende der zweiten Leitstrukturen 41b, das der als Gasauslass dienenden Durchlassöffnung 23 zugewandt ist. Bei alternativen Ausführungsformen sind auch andere Anordnungen der Durchgangsöffnungen 40 relativ zu den Leitstrukturen 41a, 41b denkbar. Z. B. könnten die Durchgangsöffnungen 40 ebenfalls an dasjenige Ende der ersten Leitstrukturen 41a und der zweiten Leitstrukturen 41b angrenzen, das der als Gasauslass dienenden Durchlassöffnung 23 zugewandt ist (siehe Figur 7). Passage opening 23 are respectively disposed at opposite ends of the first conductive patterns 41a and the second conductive patterns 41b. Thus, the passage openings 40 along the direction 42 respectively form that end of the first guide structures 41a, which faces the passage opening 25 serving as a gas inlet. In contrast, the passage openings 40 along the direction 42 respectively form that end of the second guide structures 41b, which faces the passage opening 23 serving as a gas outlet. In alternative embodiments, other arrangements of the passage openings 40 relative to the guide structures 41a, 41b are conceivable. For example, the through-openings 40 could also adjoin the end of the first guide structures 41a and the second guide structures 41b, that as the gas outlet serving passage opening 23 faces (see Figure 7).
Zur Veranschaulichung der Geometrie der ersten Leitstrukturen 41a an der ersten Flachseite 21 der Strömungsplatte 22 aus Figur 4 ist in Figur 6a ein Schnitt durch die Strömungsplatte 22 entlang der Schnittlinie B-B gezeigt.To illustrate the geometry of the first guide structures 41a on the first flat side 21 of the flow plate 22 of Figure 4, a section through the flow plate 22 along the section line B-B is shown in Figure 6a.
Hervorgehoben sind die erste Flachseite 21, die zweite Flachseite 27, die entlang der Richtung 42 in regelmäßigen Abständen angeordneten Durchgangsöffnungen 40 und die entlang der Richtung 42 in regelmäßigen Abständen angeordneten ersten Leitstrukturen 41a, die jeweils unmittelbar an die Durchgangsöffnungen 40 heranreichen. Die Durchgangsöffnungen 40 stellen gut erkennbar eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Strömungsfeld 28 an der ersten Flachseite 21 und dem zweiten Strömungsfeld 29 an der zweiten Flachseite 27 her. Die ersten Leitstrukturen 41a stehen von der ersten Flachseite 21 ab, und zwar in etwa um das Dreifache der Blechdicke. Durch die Konvexität der ersten Leistrukturen 41a in Bezug auf die Flachseite 21 wird dem von dem ersten Strömungsfeld 28 an der ersten Flachseite 21 in das zweite Strömungsfeld 29 an der zweiten Flachseite 29 strömenden Gas beim Durchtreten durch die an die ersten Leitstrukturen 41a angrenzenden Durchgangsöffnungen 40 eine Geschwindigkeitskomponente aufgeprägt, die senk- recht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 22 ausgerichtet ist. DieHighlighted are the first flat side 21, the second flat side 27, the passage openings 40 arranged at regular intervals along the direction 42 and the first guide structures 41a arranged at regular intervals along the direction 42, each of which directly adjoin the passage openings 40. The through-openings 40 make visible a fluid connection between the first flow field 28 on the first flat side 21 and the second flow field 29 on the second flat side 27 forth. The first conductive patterns 41a protrude from the first flat side 21, approximately three times the sheet thickness. Due to the convexity of the first power structures 41a with respect to the flat side 21, the gas flowing from the first flow field 28 on the first flat side 21 into the second flow field 29 on the second flat side 29 will pass through the passage openings 40 adjacent to the first conductive patterns 41a Impacted velocity component, which is aligned perpendicular to the plane plane of the flow plate 22. The
Strömung des Gases durch die Durchgangsöffnungen 40 und die Leitwirkung der ersten Leistrukturen 41a ist in Figur 6a beispielhaft durch Strömungspfeile 46 hervorgehoben. Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Strömungsplatte 47. Schnitte durch die Strömungsplatte 47 entlang der in Figur 5 gezeigten Schnittlinien C-C und D-D sind in den Figuren 6b und 6c dargestellt, wobei die Schnittebene jeweils senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 47 ausgerichtet ist. Flow of the gas through the passage openings 40 and the guiding action of the first power structures 41a is highlighted by flow arrows 46 in FIG. 6a by way of example. FIG. 5 shows a further embodiment of a flow plate 47 according to the invention. Sections through the flow plate 47 along the sectional lines C-C and D-D shown in FIG. 5 are shown in FIGS. 6b and 6c, wherein the sectional plane is oriented perpendicular to the plane of plan plane of the flow plate 47.
Die Strömungsplatte 47 gemäß Figur 5 unterscheidet sich von der Strömungsplatte 22 gemäß Figur 4 durch eine teilweise andersartige Ausgestaltung der Strömungsfelder 28, 29 an den Flachseiten 21, 27. Neben den im Zusammenhang mit der Strömungsplatte 22 beschriebenen in etwa kreisförmigen Durchgangsöffnungen 40 und den domartigen oder muschelhälftenförmigenThe flow plate 47 of Figure 5 differs from the flow plate 22 of Figure 4 by a partially different type of flow fields 28, 29 on the flat sides 21, 27. In addition to the described in connection with the flow plate 22 in approximately circular through holes 40 and the dome-like or shell-shaped half
Leitstrukturen 41a, 41b weist die Strömungsplatte 47 zusätzlich längliche, an den Enden abgerundete Durchgangsöffnungen 48 und an die Durchgangsöffnungen 48 angrenzende Leitstrukturen 49 auf. Über die DurchgangsöffnungenLead structures 41a, 41b, the flow plate 47 additionally elongated, on the rounded end openings 48 and to the through holes 48 adjacent lead structures 49. About the passage openings
48 sind die Strömungsfelder 28, 29 an den einander gegenüberliegenden Flachseiten 21, 27 der Strömungsplatte 47 in Fluidverbindung miteinander. Und wie bei den Durchgangsöffnungen 40 hat eine Projektion der Durchgangsöffnungen 48 auf die Planflächenebene der Strömungsplatte 47 eine nicht verschwindende Fläche. In Figur 5 ist die Planflächenebene der Strömungsplatte 47 parallel zur Zeichenebene ausgerichtet. Abhängig von einer Längsausdehnung der Durchgangsöffnungen 48 kann diese Fläche z. B. we- nigstens 1 mm2, wenigstens 2 mm2 oder wenigstens 3 mm2 betragen. Bei sehr breiten Durchgangsöffnungen 48 kann diese Fläche durchaus mehr als 10 mm2 oder gar mehr als 20 mm2 betragen. Typische Breiten liegen im Bereich von 0,5 mm bis 2,5 mm, es sind jedoch auch geringere oder größere Breiten, etwa 0,5 mm oder beispielsweise 3,5 mm möglich. 48, the flow fields 28, 29 on the opposite flat sides 21, 27 of the flow plate 47 are in fluid communication with each other. And, like the through holes 40, a projection of the through holes 48 on the plane plane of the flow plate 47 has a non-vanishing surface. In Figure 5, the plane plane of the flow plate 47 is aligned parallel to the plane of the drawing. Depending on a longitudinal extent of the through openings 48, this surface z. At least 1 mm 2 , at least 2 mm 2 or at least 3 mm 2 . For very wide through holes 48, this area may well be more than 10 mm 2 or even more than 20 mm 2 . Typical widths are in the range of 0.5 mm to 2.5 mm, but smaller or larger widths, about 0.5 mm or, for example, 3.5 mm are also possible.
Wie die Durchgangsöffnungen 40 können die Durchgangsöffnungen 48 in das Metallblech, aus dem die Strömungsplatte 47 gebildet ist, eingestanzt oder aus diesem ausgestanzt sein. Alternativ können die Durchgangsöffnungen 48 durch Einschnitte, insbesondere nicht spanende Einschnitte, in die Strö- mungsplatte 47 gebildet sein. Z. B. bilden die einteilig mit der StrömungsplatteLike the through-holes 40, the through-holes 48 may be punched or punched out of the metal sheet from which the flow plate 47 is formed. Alternatively, the passage openings 48 may be formed by cuts, in particular non-cutting cuts, in the flow plate 47. For example, they form one piece with the flow plate
47 ausgebildeten und in die Strömungsplatte 47 eingeformten Leitstrukturen47 trained and molded into the flow plate 47 guide structures
49 Stege mit einer offenen Seitenflanke entlang einer Längsseite. Bei der in der Figur 5 gezeigten Ausführungsform stehen die Leitstrukturen 49 um wenigstens drei Blechdicken von der ersten Flachseite 21 ab. Die Durchgangsöff- nungen 48 und die die Leitstrukturen 49 bildenden Stege erstrecken sich in49 webs with an open side edge along one longitudinal side. In the embodiment shown in FIG. 5, the conductive structures 49 are offset from the first flat side 21 by at least three sheet thicknesses. The passage openings 48 and the webs forming the guide structures 49 extend into
Längsrichtung über eine Länge, die z. B. wenigstens 15 Prozent, wenigstens 30 Prozent oder wenigstens 70 Prozent einer Länge der kürzeren Längsseite der rechteckförmigen Strömungsplatte 47 beträgt. Diese Stege können wiederum wenigstens abschnittweise in Bezug auf die Flachseite 21 eine konvexe Wöl- bung aufweisen, so dass die Leitstrukturen 49 dem Gas beim Durchströmen der Durchgangsöffnungen 48 eine Geschwindigkeitskomponente senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 47 verleihen. Longitudinal over a length, the z. B. at least 15 percent, at least 30 percent or at least 70 percent of a length of the shorter longitudinal side of the rectangular flow plate 47 is. These webs may in turn have a convex curvature at least in sections with respect to the flat side 21, so that the guide structures 49 impart a velocity component perpendicular to the plane of the plane of the flow plate 47 to the gas as it flows through the through-openings 48.
Die Durchgangsöffnungen 48 und die Leitstrukturen 49 sind in etwa quer zur Strömungsrichtung des Gases ausgerichtet, das im Betrieb des Befeuchters 1 von der als Gaseinlass dienenden Durchlassöffnung 25 entlang der Flachseiten 21, 27 durch die Strömungsfelder 28, 29 zur als Gasauslass dienenden Durchlassöffnung 23 strömt. Insbesondere sind die länglichen Durchgangsöffnungen 48 und die länglichen Leitstrukturen 49 in etwa quer zur kürzesten Verbindungsgeraden zwischen der Durchlassöffnung 25 und der Durchlassöffnung 23 ausgerichtet. Beispielsweise schließen die länglichen Durchgangsöffnungen 48 und die länglichen Leitstrukturen 49 mit dieser kürzesten Verbindungsgeraden zwischen der Durchlassöffnung 25 und der Durchlassöffnung 23 einen Winkel ein, der hier zwischen 60 Grad und 70 Grad liegt. Prinzipiell kann der Winkel frei gewählt werden und liegt vorzugsweise über 60 Grad. Insbesondere hängt die Größe des Winkels davon ab, ob eine Durchgangsöffnung 48 bzw. Leitstruktur 49 parallel zu einer Außenkante oder schräg zu beiden Außenkanten der Strömungsplatte angeordnet ist sowie von der Außengeometrie der Strömungsplatte. Aufgrund dieser Ausbildung der Durchgangsöffnungen 48 und der Leitstrukturen 49 kann das von der Durchlassöffnung 25 zur Durchlassöff- nung 23 strömende Gas besonders effizient vom ersten Strömungsfeld 28 an der ersten Flachseite 21 in das zweite Strömungsfeld 29 an der zweiten Flachseite geleitet werden, oder umgekehrt. Zusätzlich weist die Strömungsplatte geschlossene Leitstrukturen 50 auf, die jeweils domartig oder sphärenartig von der zweiten Flachseite 27 der Strömungsplatte abstehen, z. B. wenigstens um das Dreifache der Blechdicke. Parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte 47 haben die Leitstrukturen 50 einen runden Querschnitt, der mit zunehmendem Abstand von der Planflächenebene abnimmt. The passage openings 48 and the guide structures 49 are aligned approximately transversely to the flow direction of the gas, which in the operation of the humidifier 1 from the serving as a gas inlet passage opening 25 along the flat sides 21, 27 through the flow fields 28, 29 to serve as a gas outlet passage opening 23 flows. In particular, the elongated passage openings 48 and the elongate guide structures 49 are aligned approximately transversely to the shortest straight line connecting the passage opening 25 and the passage opening 23. For example, the elongated passage openings 48 and the elongated guide structures 49 with this shortest straight line connecting the passage opening 25 and the passage opening 23 at an angle here between 60 degrees and 70 degrees. In principle, the angle can be chosen freely and is preferably over 60 degrees. In particular, the size of the angle depends on whether a through opening 48 or guide structure 49 is arranged parallel to an outer edge or obliquely to both outer edges of the flow plate and of the outer geometry of the flow plate. On account of this embodiment of the passage openings 48 and the guide structures 49, the gas flowing from the passage opening 25 to the passage opening 23 can be directed particularly efficiently from the first flow field 28 on the first flat side 21 into the second flow field 29 on the second flat side, or vice versa. In addition, the flow plate has closed guide structures 50, each of which protrudes like a dome or sphere from the second flat side 27 of the flow plate, z. B. at least three times the sheet thickness. Parallel to the planar surface plane of the flow plate 47, the guide structures 50 have a round cross-section, which decreases with increasing distance from the plane of the plane.
Figur 7 zeigt einen Ausschnitt einer Strömungsplatte 51, bei der es sich um eine leicht abgewandelte Variante der Strömungsplatte 22 aus Figur 4 handelt. Die Strömungsfelder 28, 29 der Strömungsplatte 51 aus Figur 7 unterscheiden sich von den Strömungsfeldern 28, 29 der Strömungsplatte 22 aus Figur 4 dadurch, dass die Durchgangsöffnungen 40 jeweils an diejenigen Enden der Leitstrukturen 41a, 41b angrenzen, die der als Gasauslass dienenden Durchlassöffnung 23 zugewandt sind (nicht gezeigt). Figur 7 zeigt zudem eineFIG. 7 shows a section of a flow plate 51, which is a slightly modified variant of the flow plate 22 from FIG. The flow fields 28, 29 of the flow plate 51 of FIG. 7 differ from the flow fields 28, 29 of the flow plate 22 of FIG. 4 in that the passage openings 40 each adjoin those ends of the guide structures 41a, 41b which face the passage opening 23 serving as the gas outlet are (not shown). FIG. 7 also shows a
Schnittdarstellung der Strömungsplatte 51 entlang der Schnittlinie A-A, wobei die Schnittebene wiederum senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 51 ausgerichtet ist, die wie zuvor parallel zur Zeichenebene verläuft. Wiederum ist zu erkennen, dass die Durchgangsöffnungen 40 und die Leit- strukturen 41a, 41b entlang der Richtungen 42, 45 periodisch angeordnet sind. Die Abstände unmittelbar benachbarter Durchgangsöffnungen 40 und unmittelbar benachbarter Leitstrukturen 41a, 41b sind dabei entlang der Richtung 42 größer als entlang der Richtung 45. Sectional view of the flow plate 51 along the section line AA, wherein the sectional plane is again aligned perpendicular to the plane plane of the flow plate 51, which is parallel to the drawing plane as before. Once again, it can be seen that the passage openings 40 and the guide structures 41a, 41b are arranged periodically along the directions 42, 45. The distances of immediately adjacent through holes 40 and Immediately adjacent guide structures 41a, 41b are larger along the direction 42 than along the direction 45.
Figur 8 zeigt eine Strömungsplatte 52, die eine weitere Abwandlung der Strömungsplatte 22 aus Figur 4 ist. Die Strömungsplatte 52 aus Figur 8 unterscheidet sich von der Strömungsplatte 22 gemäß Figur 4 dadurch, dass die Strömungsfelder 28, 29 an den Flachseiten 21, 27 neben den Durchgangsöffnungen 40 und den Leitstrukturen 41a, 41b Kanalstrukturen 53 aufweisen. Die Kanalstrukturen 53 sind in das Metallblech eingeformt, aus dem die Strömungsplatte 52 gebildet ist, z. B. durch Prägen oder durch Tiefziehen. Die Kanalstrukturen 53 sind eingerichtet, Gas von der als Gaseinlass dienenden Durchlassöffnung 25 zur als Gasauslass dienenden Durchlassöffnung 23 durch die Strömungsfelder 28, 29 zu leiten. Weiterhin sind in der Strömungsplatte 52 einige Leitstrukturen 41a' 41b' relativ zu den übrigen Leitstrukturen 41a, 41b um 90° gedreht angeordnet ebenso wie die im Bereich dieser Leitstrukturen 41a', 41b' angeordneten Durchgangsöffnungen 40' um 90° zu den übrigen Durchgangsöffnungen 40 gedreht sind. Hierdurch können die Gasströme gezielt zu bzw. von den äußeren Bereichen der Strömungsfelder 28, 29 geleitet werden. Ebenso wäre es möglich, verschiedene Durchgangsöffnungen und Leitstrukturen unter vielen unterschiedlichen Winkeln relativ zueinander anzuordnen, um eine optimale Strömung und Durchmischung der Gasströme zu erzielen. FIG. 8 shows a flow plate 52, which is a further modification of the flow plate 22 of FIG. The flow plate 52 from FIG. 8 differs from the flow plate 22 according to FIG. 4 in that the flow fields 28, 29 have channel structures 53 on the flat sides 21, 27 next to the through openings 40 and the guide structures 41a, 41b. The channel structures 53 are formed in the metal sheet from which the flow plate 52 is formed, for. B. by embossing or by deep drawing. The channel structures 53 are configured to conduct gas from the gas inlet serving as a gas inlet passage opening 25 to serve as a gas outlet passage opening 23 through the flow fields 28, 29. Furthermore, in the flow plate 52, some conductive patterns 41a '41b' are rotated by 90 ° relative to the remaining conductive patterns 41a, 41b, as are the through holes 40 'disposed in the region of these conductive patterns 41a', 41b 'at 90 ° to the remaining through holes 40 are. As a result, the gas streams can be directed to or from the outer regions of the flow fields 28, 29. It would also be possible to arrange different passage openings and guide structures at many different angles relative to each other in order to achieve optimum flow and mixing of the gas streams.
Figur 9 stellt hingegen einen monopolaren Aufbau eines Befeuchtermoduls bzw. eines Ausschnitts eines Befeuchters dar, der zwei unterschiedliche Strömungsplatten 13, 14 aufweist. Die Strömungsplatten 13 sind zwischen zwei Strömungsräumen von feuchtem Gas („W") angeordnet, die Strömungsplatten 14 zwischen zwei Strömungsräumen von trockenerem Gas („D"). Die Strömungsplatten 13, 14 weisen jeweils Durchgänge auf, so dass die beiden angrenzenden Strömungsräume nicht vollständig voneinander getrennt sind.By contrast, FIG. 9 shows a monopolar structure of a humidifier module or of a section of a humidifier having two different flow plates 13, 14. The flow plates 13 are arranged between two flow spaces of moist gas ("W"), the flow plates 14 between two flow spaces of drier gas ("D"). The flow plates 13, 14 each have passages, so that the two adjacent flow spaces are not completely separated from each other.
Anstelle zweier verschiedener Strömungsplatten kann zumindest in einigen Fällen auch nur eine einzige Strömungsplatte verwendet werden, die mit unterschiedlichen Orientierungen verbaut wird, so dass sich 13 und 14 dennoch voneinander unterscheiden. Instead of two different flow plates, at least in some cases, only a single flow plate can be used, which is installed with different orientations, so that 13 and 14 still differ from each other.

Claims

Patentansprüche claims
1. Strömungsplatte (22; 47; 52) für einen Befeuchter (1), insbesondere für einen Befeuchter (1) zum Befeuchten von Prozessgas für ein elektrochemisches System oder für einen Befeuchter (1) für HVAC-Anwendungen, mit Strömungsfeldern (28, 29) an beiden einander gegenüberliegenden Flachseiten (21, 27) der Strömungsplatte (22; 47; 52) und mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen (40, 48) im Bereich der Strömungsfelder (28, 29), wobei die Durchgangsöffnungen (40, 48) derart ausgebildet sind, dass eine senkrechte Projektion der D u rc hga ngsöff n u nge n (40, 48) auf eine parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte (22; 47; 52) ausgerichtete Ebene eine nicht verschwindende Fläche hat, so dass durch die Durchgangsöffnungen (40, 48) tretendes Gas wenigstens teilweise eine Durchmischung von in den Strömungsfeldern (28, 29) geführtem Gas senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte (22; 47; 52) bewirkt. A flow plate (22, 47, 52) for a humidifier (1), in particular for a humidifier (1) for humidifying process gas for an electrochemical system or for a humidifier (1) for HVAC applications, with flow fields (28, 29 ) on both opposite flat sides (21, 27) of the flow plate (22; 47; 52) and with a plurality of passage openings (40, 48) in the region of the flow fields (28, 29), the passage openings (40, 48) being such in that a vertical projection of the openings (40, 48) on a plane parallel to the planar surface plane of the flow plate (22; 47; 52) has a non-vanishing surface, so that through the passage openings (40 , 48) gas at least partially effects a mixing of gas guided in the flow fields (28, 29) perpendicular to the plane of the plane of the flow plate (22; 47; 52).
2. Strömungsplatte (22; 47; 52) nach Anspruch 1 mit Leitstrukturen (41a, 41b, 49), die eingerichtet sind, im Bereich der Strömungsfelder (28, 29) entlang der Plattenoberflächen fließendes Gas durch die Durchgangsöffnungen (40, 48) hindurch zum Strömungsfeld (28, 29) oder in das Strömungsfeld (28, 29) an der jeweils gegenüberliegenden Flachseite (21, 27) der Strömungsplatte (22; 47; 52) zu leiten und so eine Durchmischung des Gases senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte (22; 47; 52) zu befördern. 2. Flow plate (22; 47; 52) according to claim 1 with guide structures (41a, 41b, 49), which are arranged in the region of the flow fields (28, 29) along the plate surfaces flowing gas through the passage openings (40, 48) therethrough to the flow field (28, 29) or into the flow field (28, 29) on the respective opposite flat side (21, 27) of the flow plate (22, 47, 52) to guide and so a mixing of the gas perpendicular to the plane plane of the flow plate (22 47, 52).
3. Strömungsplatte (22; 47; 52) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strömungsplatte (22; 47; 52) aus Metall gebildet ist, vorzugsweise aus Edelstahl. A flow plate (22; 47; 52) according to any one of the preceding claims, wherein the flow plate (22; 47; 52) is formed of metal, preferably stainless steel.
4. Strömungsplatte (22; 47; 52) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die als Metallblech mit einer senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte (22; 47; 52) bestimmten Dicke von höchstens 150 μιη, Vorzugs- weise von höchstens 100 μιη, besonders vorzugsweise von höchstens 80 μιη ausgebildet ist. 4. flow plate (22, 47, 52) according to one of the preceding claims, which is designed as a metal sheet with a thickness of at most 150 μιη determined by the plane of the flow plane (22; 47; example of at most 100 μιη, particularly preferably of at most 80 μιη is formed.
5. Strömungsplatte (22; 47; 52) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strömungsplatte (22; 47; 52) einlagig ausgebildet ist. 5. Flow plate (22; 47; 52) according to one of the preceding claims, wherein the flow plate (22; 47; 52) is formed in one layer.
6. Strömungsplatte (22; 47; 52) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Strömungsplatte (22; 47; 52) und die Leitstrukturen (41a, 41b, 49) einteilig ausgebildet sind. A flow plate (22; 47; 52) according to any one of claims 2 to 5, wherein the flow plate (22; 47; 52) and the lead structures (41a, 41b, 49) are integrally formed.
7. Strömungsplatte (22; 47; 52) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Leitstrukturen (41a, 41b, 49) in die Strömungsplatte (22; 47; 52) eingeformt, insbesondere eingeprägt sind. 7. flow plate (22; 47; 52) according to any one of claims 2 to 6, wherein the guide structures (41a, 41b, 49) in the flow plate (22; 47; 52) formed, in particular embossed.
8. Strömungsplatte (22; 47; 52) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Leitstrukturen (41a, 41b, 49) jeweils an die D u rc hga ngsöf fn u nge n (40, 48) heranreichen. The flow plate (22; 47; 52) according to any one of claims 2 to 7, wherein the lead structures (41a, 41b, 49) respectively extend to the dowel openings (40, 48).
9. Strömungsplatte (22; 47; 52) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Durchgangsöffnungen (40, 48) wenigstens teilweise in die Strömungsplatte (22; 47; 52) gestanzt sind. A flow plate (22; 47; 52) according to any one of the preceding claims, wherein the passage openings (40,48) are at least partially punched in the flow plate (22; 47; 52).
10. Strömungsplatte (22; 47; 52) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Durchgangsöffnungen (40, 48) durch Einschnitte in der Strömungsplatte (22; 47; 52) gebildet sind. A flow plate (22; 47; 52) as claimed in any one of the preceding claims, wherein the passage openings (40,48) are formed by cuts in the flow plate (22; 47; 52).
11. Strömungsplatte (22; 47; 52) nach Anspruch 10, wobei die Einschnitte zungenartige, stegartige oder muschelartige Leitstrukturen (41a, 41b, 49) bilden, die zur Ausbildung der Durchgangsöffnungen (40, 48) wenigstens bereichsweise aus der Planflächenebene der Strömungsplatte (22; 47; 52) herausgebogen sind, und zwar vorzugsweise wenigstens teilweise senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte (22; 47; 52). 11. flow plate (22; 47; 52) according to claim 10, wherein the incisions form tongue-like, web-like or conch-like guide structures (41a, 41b, 49) which are at least partially formed from the plane plane of the flow plate (40, 48) for forming the through openings (40, 48). 22; 47; 52), preferably at least partially perpendicular to the plane of plan plane of the flow plate (22; 47; 52).
12. Strömungsplatte (22; 47; 52) nach einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei die Leitstrukturen (41a, 41b, 49) mit der Planflächenebene der Strö- mungsplatte (22; 47; 52) jeweils wenigstens abschnittweise einen Winkel von wenigstens 45 Grad, vorzugsweise von wenigstens 75 Grad, besonders vorzugsweise von wenigstens 80 Grad einschließen. 12. flow plate (22, 47, 52) according to one of claims 2 to 11, wherein the guide structures (41a, 41b, 49) with the plane plane of the Strö- each at least in sections form an angle of at least 45 degrees, preferably of at least 75 degrees, particularly preferably of at least 80 degrees.
13. Strömungsplatte (22; 47; 52) nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei die Leitstrukturen (49) als Stege ausgebildet sind, die jeweils eine offene Seitenflanke aufweisen. 13. Flow plate (22, 47, 52) according to one of claims 2 to 12, wherein the guide structures (49) are formed as webs, each having an open side edge.
14. Strömungsplatte (22; 47; 52) nach einem der Ansprüche 2 bis 13, wobei die Leitstrukturen (41a, 41b, 49) an ihren von der Strömungsplatte (22; 47; 52) abstehenden Enden zum Abstützen einer Wasseraustauschmembran (15) oder eines Membranverbundes wenigstens abschnittweise parallel zur Planflächenebene ausgerichtet sind und/oder zur Planflächenebene der Strömungsplatte (22; 47; 52) hin umgebogen sind. A flow plate (22; 47; 52) according to any one of claims 2 to 13, wherein the guide structures (41a, 41b, 49) are supported at their ends protruding from the flow plate (22; 47; 52) for supporting a water exchange membrane (15) or a membrane composite aligned at least in sections parallel to the planar surface plane and / or to the plane surface plane of the flow plate (22; 47; 52) are bent back out.
15. Strömungsplatte (22; 47; 52) nach einem der Ansprüche 2 bis 14 mit ersten Leitstrukturen (41a, 49), die an der ersten Flachseite (21) der Strömungsplatte (22; 47; 52) von der Strömungsplatte (22; 47; 52) abstehen, und mit zweiten Leitstrukturen (41b), die an der der ersten Flachseite (21) gegenüberliegenden zweiten Flachseite (27) der Strömungsplatte (22; 47; 52) von der Strömungsplatte (22; 47; 52) abstehen. A flow plate (22; 47; 52) according to any one of claims 2 to 14, comprising first guide structures (41a, 49) disposed on the first flat side (21) of the flow plate (22; 47; 52) of the flow plate (22; 52), and second guide structures (41b) projecting from the flow plate (22; 47; 52) on the second flat side (27) of the flow plate (22; 47; 52) opposite the first flat side (21).
16. Strömungsplatte (22; 47; 52) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Durchgangsöffnungen (40, 48) und/oder die Leitstrukturen (41a, 41b) in periodischen Abständen zueinander angeordnet sind. 16. Flow plate (22; 47; 52) according to one of the preceding claims, wherein the passage openings (40, 48) and / or the guide structures (41a, 41b) are arranged at periodic intervals to one another.
17. Strömungsplatte (22; 47; 52) nach Anspruch 16, wobei die Durchgangsöffnungen (40) und/oder die Leitstrukturen (41a, 41b) parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte (22; 47; 52) entlang einer ersten Richtung (42) und entlang einer zweiten Richtung (43, 45) in periodischen Abständen zueinander angeordnet sind. 17. A flow plate (22; 47; 52) according to claim 16, wherein the through openings (40) and / or the guide structures (41a, 41b) are parallel to the plane of plan plane of the flow plate (22; 47; 52) along a first direction (42) and along a second direction (43, 45) are arranged at periodic intervals to each other.
18. Strömungsplatte (22; 47; 52) nach Anspruch 17, wobei ein entlang der ersten Richtung (42) bestimmter erster Abstand benachbarter Durchgangsöffnungen (40) und/oder benachbarter Leitstrukturen (41a, 41b) von einem ent- lang der zweiten Richtung (45) bestimmten zweiten Abstand benachbarter Durchgangsöffnungen (40) und/oder benachbarter Leitstrukturen (41a, 41b) verschieden ist. 18. A flow plate (22; 47; 52) according to claim 17, wherein a first distance of adjacent passage openings (40) and / or adjacent guide structures (41a, 41b) determined along the first direction (42) is determined by a first distance. Long of the second direction (45) certain second distance between adjacent through holes (40) and / or adjacent guide structures (41a, 41b) is different.
19. Strömungsplatte (22; 47; 52) nach Anspruch 17 oder 18, wobei die erste Richtung (42) und die zweite Richtung (43) senkrecht aufeinander stehen. The flow plate (22; 47; 52) according to claim 17 or 18, wherein the first direction (42) and the second direction (43) are perpendicular to each other.
20. Strömungsplatte (22; 47; 52) nach Anspruch 15 und nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei die von der ersten Flachseite (21) der Strömungsplatte (22; 47; 52) abstehenden ersten Leitstrukturen (41a, 49) und die von der zweiten Flachseite (27) der Strömungsplatte (22; 47; 52) abstehenden zweiten Leitstrukturen (41b) entlang der ersten Richtung (42) und/oder entlang der zweiten Richtung (45) alternierend angeordnet sind. 20. The flow plate (22; 47; 52) according to claim 15 and any one of claims 17 to 19, wherein the first guide structures (41a, 49) projecting from the first flat side (21) of the flow plate (22; 47; 52) and the from the second flat side (27) of the flow plate (22; 47; 52) projecting second guide structures (41b) along the first direction (42) and / or along the second direction (45) are arranged alternately.
21. Strömungsplatte (22; 47; 52) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strömungsfelder (28, 29) Kanalstrukturen (53) aufweisen. 21. A flow plate (22; 47; 52) according to any one of the preceding claims, wherein the flow fields (28, 29) have channel structures (53).
22. Strömungsplatte (22; 47; 52) nach einem der Ansprüche 2 bis 22, wobei die Leitstrukturen (41a, 41b, 49) zur Verbesserung einer Durchmischung von entlang der Plattenoberfläche geführtem Gas derart ausgebildet sind, dass ein parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte (22; 47; 52) bestimmter Querschnitt der Leitstrukturen (41a, 41b, 49) entlang einer Richtung senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte (22; 47; 52) jeweils veränderlich ist. The flow plate (22; 47; 52) according to any one of claims 2 to 22, wherein the lead structures (41a, 41b, 49) are formed to improve mixing of gas guided along the plate surface such that a parallel to the plane plane of the flow plate (41). 22; 47; 52) has a certain cross-section of the guide structures (41a, 41b, 49) along a direction perpendicular to the plane of the plane of the flow plate (22; 47; 52) is variable in each case.
23. Strömungsplatte (22; 47; 52) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit Durchlassöffnungen (23, 24, 25, 26) zum Durchleiten eines zu befeuchtenden Gases und eines befeuchteten Gases oder eines zu entfeuchtenden Gases und eines entfeuchteten Gases durch die Strömungsplatte (22; 47; 52), wobei die Durchlassöffnungen (23, 24, 25, 26) mit den Strömungsfeldern (28, 29) in Fluidverbindung sind. A flow plate (22; 47; 52) according to any one of the preceding claims having passage openings (23, 24, 25, 26) for passing a gas to be humidified and a humidified gas or gas to be dehumidified and a dehumidified gas through the flow plate (22 47, 52), wherein the passage openings (23, 24, 25, 26) are in fluid communication with the flow fields (28, 29).
24. Befeuchter (1), insbesondere zum Befeuchten von Prozessgas für ein elektrochemisches System oder für HVAC -Anwendungen, mit einer Vielzahl von gestapelten Strömungsplatten (22; 47; 52) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. A humidifier (1), in particular for humidifying process gas for an electrochemical system or for HVAC applications, comprising a plurality of stacked flow plates (22; 47; 52) according to any one of the preceding claims.
25. Befeuchter (1), insbesondere zum Befeuchten von Prozessgas für ein elektrochemisches System oder für HVAC -Anwendungen, mit einer Vielzahl von gestapelten Strömungsplatten (22; 47; 52) nach Anspruch 23, wobei die Durchlassöffnungen (23, 24, 25, 26) der Strömungsplatten (22; 47; 52) des Stapels fluchtend angeordnet sind und Leitungen zum Führen eines zu befeuchtenden Gases, eines befeuchteten Gases, eines zu entfeuchtenden Gases und eines entfeuchteten Gases durch den Stapel bilden. A humidifier (1), in particular for humidifying process gas for an electrochemical system or for HVAC applications, comprising a plurality of stacked flow plates (22; 47; 52) according to claim 23, wherein the passage openings (23, 24, 25, 26 The flow plates (22; 47; 52) of the stack are arranged in alignment and form conduits for guiding a gas to be humidified, a humidified gas, a gas to be dehumidified and a dehumidified gas through the stack.
26. Befeuchter (1) nach einem der Ansprüche 24 oder 25, wobei zwischen benachbarten Strömungsplatten (22; 47; 52) des Stapels jeweils eine Wasseraustauschmembran (15) oder ein Membranverbund angeordnet ist, wobei der Membranverbund eine Wasseraustauschmembran (15) und wenigstens eine Gasdiffusionslage (16, 17) aufweist, vorzugsweise zwei Gasdiffusionslagen (16, 17), die beiderseits der Wasseraustauschmembran (15) angeordnet sind. A humidifier (1) according to any one of claims 24 or 25, wherein a water exchange membrane (15) or membrane composite is disposed between adjacent flow plates (22; 47; 52) of the stack, the membrane composite comprising a water exchange membrane (15) and at least one water exchange membrane (15) Gas diffusion layer (16, 17), preferably two gas diffusion layers (16, 17) which are arranged on both sides of the water exchange membrane (15).
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